AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS DA FORMA URBANA SOBRE O MICROCLIMA … · urbano que impactam diretamente...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS DA FORMA URBANA SOBRE O MICROCLIMA
E SOBRE AS CONDIÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO EM TRÊS BAIRROS NA
CIDADE DO RIO DE JANEIRO
EDUARDO PRAUN MACHADO
2018
AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS DA FORMA URBANA SOBRE O MICROCLIMA
E SOBRE AS CONDIÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO EM TRÊS BAIRROS NA
CIDADE DO RIO DE JANEIRO
EDUARDO PRAUN MACHADO
Projeto de Graduação apresentado ao curso
de Engenharia Civil da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro,
como parte dos requisitos necessários à
obtenção do título de Engenheiro.
Orientador: Prof. Elaine Garrido Vazquez
RIO DE JANEIRO
SETEMBRO de 2018
Machado, Eduardo Praun
Avaliação dos impactos da forma urbana sobre o
microclima e sobre as condições de conforto térmico em três
bairros na cidade do Rio de Janeiro/ Eduardo Praun Machado
– Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2018.
X, 64 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Elaine Garrido Vazquez
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso
de Engenharia Civil, 2018.
Referências Bibliográficas: p. 66-70
1. Forma Urbana 2. Microclima 3. Conforto Térmico I.
Vazquez, Elaine Garrido; II. Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III.
Título
Dedico este trabalho à minha família, que sempre
esteve comigo para me dar apoio e incentivo.
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer aos meus amigos e colegas da Engenharia Civil por
tornarem as horas de estudo mais agradáveis, pela motivação e por estarem comigo nos
piores e melhores momentos do curso.
Agradeço, também, a todos os professores do curso de Engenharia Civil, em
especial à minha orientadora do Projeto de Graduação, Elaine Garrido Vazquez, e da
Iniciação Científica, Gisele Silva Barbosa, pela dedicação, pela disponibilidade e pelos
conhecimentos transmitidos.
Por fim, agradeço a todos os servidores e funcionários da UFRJ, que tornaram
possível a conclusão desse curso.
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS DA FORMA URBANA SOBRE O MICROCLIMA
E SOBRE AS CONDIÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO EM TRÊS BAIRROS NA
CIDADE DO RIO DE JANEIRO
Eduardo Praun Machado
Setembro de 2018
Orientadora: Elaine Garrido Vazquez
Curso: Engenharia Civil
O acelerado e desordenado processo de urbanização, aliado a um rápido crescimento
populacional, típico de países em desenvolvimento, provocam alterações do espaço
urbano que impactam diretamente no microclima. Em regiões de clima tropical, a
compactação excessiva e a supressão de vegetação podem induzir a formação de ilhas
de calor e criar situações de desconforto térmico. Nesse contexto, o conhecimento das
variáveis do conforto térmico, do desenho urbano e das interações entre o espaço
construído e o natural é fundamental para a conformação e alteração desses espaços de
modo que os tornem mais agradáveis. Este trabalho tem como objetivo avaliar a
influência da forma urbana sobre o microclima e sobre o conforto térmico nos bairros de
Copacabana, Ipanema e Ramos, na cidade do Rio de Janeiro. Para isso, analisaram-se os
resultados de simulações microclimáticas, feitas no software ENVI-met. Além disso, os
dados obtidos computacionalmente ainda foram comparados com parâmetros medidos
in loco e utilizados como entrada nos cálculos para o índice de conforto Temperatura
Fisiológica Equivalente (PET). Os resultados obtidos indicaram que a forma urbana é
capaz de modificar significativamente o microclima local e que, durante o verão no Rio
de Janeiro, a sensação é, de maneira geral, de desconforto térmico devido ao calor
independentemente do bairro.
Palavras-chave: Microclima; Forma Urbana; Conforto Térmico; Adensamento Urbano;
ENVI-met.
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fullfillment of
the requirements for the degree of Engineer.
EVALUATION OF THE IMPACTS OF THE URBAN FORM ON THE
MICROCLIMATE AND ON THE THERMAL COMFORT CONDITIONS IN THREE
NEIGHBORHOODS IN THE CITY OF RIO DE JANEIRO
Eduardo Praun Machado
September 2018
Advisor: Elaine Garrido Vazquez
Course: Civil Engineering
The accelerated and disordely urbanization process, coupled with a rapid population
growth, typical of developing countries, causes changes in the urban space that directly
impact on the microclimate. In regions of tropical climate, the excessive compaction
and the vegetation suppression can induce the formation of urban heat islands and create
thermal discomfort situations. In this context, the knowledge of thermal comfort
variables, urban design and interactions between built and natural spaces is crucial for
the conformation and alteration of these spaces in orde to make them more pleasant.
This work aims to evaluate the influence of the urban form on the microclimate and on
the thermal comfort in the neighborhoods of Copacabana, Ipanema and Ramos, in the
city of Rio de Janeiro. For this purpose, the results of microclimatic simulations, carried
out by ENVI-met, were analyzed. Furthermore, the computational data were still
compared with on-site measured parameters and used as input for the comfort index
Physiological Equivalent Temperature (PET) calculation. The results indicate that the
urban form can modify significantly the local microclimate and that, during the summer
in Rio de Janeiro, the sensation is, in general, of thermal discomfort due to the heat
regardless of the neighborhood.
Keywords: Microclimate; Urban Form; Thermal Comfort; Urban Densification; ENVI-
met.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Evolução da Taxa de Urbanização no Brasil entre 1940 e 2010 ................... 12
Figura 2 – Carta Psicrométrica ....................................................................................... 22
Figura 3 – Localização das Áreas de Estudo .................................................................. 36
Figura 4 – Área de Estudo: Ramos. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua ................ 37
Figura 5 – Área de Estudo: Copacabana. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua ........ 37
Figura 6 – Área de Estudo: Ipanema. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua ............. 38
Figura 7 – Modelo do ENVI-met ................................................................................... 39
Figura 8 – Dados para a criação do modelo, exemplo de Ipanema ................................ 40
Figura 9 – Modelagem feita a partir de uma imagem de satélite, exemplo de Ipanema 41
Figura 10 – Arquivo de configuração do ENVI-met, exemplo de Ipanema................... 42
Figura 11 – Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350..................................... 44
Figura 12 – Termo-higrômetro apoiado no tripé ............................................................ 44
Figura 13 – Medidor de energia solar modelo MES-100 ............................................... 44
Figura 14 – Pontos de medição em Copacabana ............................................................ 45
Figura 15 – Tela inicial do RayMan com os parâmetros fixos utilizados ...................... 48
Figura 16 – Localização aproximada dos receptores: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c)
Ipanema .................................................................................................................. 49
Figura 17 – Temperatura do Ar: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ................... 51
Figura 18 – Velocidade do Vento: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ............... 52
Figura 19 – Umidade Relativa: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema .................... 53
Figura 20 – Fator de Visão do Céu: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ............. 54
Figura 21 – Radiação Direta: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema........................ 55
Figura 22 – Radiação Difusa: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ....................... 56
Figura 23 – Temperatura Radiante Média: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema... 57
Figura 24 – Temperatura Superficial: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema .......... 58
Figura 25 – Modelos em três dimensões: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ..... 60
Figura 26 – Pontos de medição em Copacabana ............................................................ 60
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Taxa Metabólica para Atividade Típicas ...................................................... 18
Tabela 2 – Isolamento térmico para alguns trajes .......................................................... 26
Tabela 3 – Resultados da calibração do índice PET para algumas cidades brasileiras .. 29
Tabela 4 – Especificações do Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350 ........ 43
Tabela 5 – Horário de referência para as medições ........................................................ 46
Tabela 6 – Parâmetros de Entrada do RayMan .............................................................. 48
Tabela 7 – Temperatura e Umidade equalizadas ............................................................ 61
Tabela 8 – Índice PET para os três bairros estudados .................................................... 62
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .....................................................................................................12
2 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................17
2.1.1 Variáveis Ambientais ou Físicas ...................................................................... 19
2.1.2 Variáveis Individuais ........................................................................................ 24
2.1.3 Temperatura Fisiológica Equivalente (PET) ................................................. 28
2.2.1 Adensamento Urbano ....................................................................................... 33
3 ESTUDOS MICROCLIMÁTICOS .....................................................................36
3.2.1 Simulações Microclimáticas com o ENVI-met ............................................... 38
3.2.2 Medições Meteorológicas in loco ..................................................................... 43
3.2.3 Cálculo do PET com o RayMan ...................................................................... 47
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................50
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................64
REFERÊNCIAS ............................................................................................................66
APÊNDICE 1 – DADOS DAS MEDIÇÕES ...............................................................71
APÊNDICE 2 – DADOS DOS RECEPTORES E PET .............................................72
APÊNDICE 3 – CÁLCULOS DE EQUALIZAÇÃO DOS DADOS MEDIDOS .....73
12
1 INTRODUÇÃO
APRESENTAÇÃO DO TEMA E JUSTIFICATIVA
De acordo com dados da Organização das Nações Unidas (ONU), em 2016,
aproximadamente 54% da população mundial vivia em áreas urbanas (UN, 2016). Até 2030,
espera-se que esse percentual seja de pelo menos 60%, o que demonstra uma tendência das
cidades se tornarem cada vez maiores e mais populosas. No Brasil, estimativas do Instituto
Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) indicam o aumento da população urbana, que
passou de 31% em 1940 para 84% em 2010 (IBGE, s.d). Ainda que esse aumento tenha
desacelerado nos últimos anos (Figura 1), diversos municípios apresentaram crescimento
populacional de mais de 100% (BARBON, DAFFARA, 2017), exigindo a melhoria da
infraestrutura.
Figura 1 – Evolução da Taxa de Urbanização no Brasil entre 1940 e 2010
IBGE, s.d. Adaptado pelo Autor.
Em um primeiro momento, portanto, é válido mencionar que o intenso crescimento da
população urbana global, iniciado durante a Revolução Industrial, provocou uma grande
migração de habitantes das áreas rurais para as áreas urbanas. A expansão das cidades sem um
planejamento urbano apropriado é comum em países em desenvolvimento e favorece o
surgimento de problemas de cunho social e ambiental, que pioram a qualidade de vida dos
habitantes.
13
Em decorrência do processo de urbanização, verificam-se transformações
significativas do ambiente, com ampliação do espaço construído em detrimento do natural. A
expansão urbana, ainda quando acompanhada por infraestrutura eficiente, modifica a
dinâmica das cidades. Uma das alterações observadas é no microclima local. O microclima
corresponde às características climáticas em um espaço de proporções reduzidas dentro das
cidades. As mudanças dessas condições podem contribuir com a piora da qualidade urbana,
com o aumento da temperatura, a canalização dos ventos, exposição solar indesejada, entre
outros. A ilha de calor é uma anomalia climática típica e comum em cidades densamente
urbanizadas, podendo ser causada pela verticalização dos edifícios e/ou supressão da
vegetação, entre outros fatores. Os efeitos desse fenômeno são, especialmente em regiões de
clima tropical, o desconforto térmico, o aumento do consumo energético e da poluição
(BARBOSA, ROSSI, DRACH, 2014).
Além do crescimento demográfico, as mudanças climáticas também impactam
negativamente sobre as cidades. O último relatório do International Panel on Climate Change
(IPCC) avaliou que as últimas três décadas foram mais quentes que qualquer outra desde 1850
(IPCC, 2014). Ainda segundo o relatório, a influência antropogênica sobre o clima é inegável
e as emissões de gases do efeito estufa, intensificadas pelo crescimento econômico e
populacional decorrente da Revolução Industrial, atingiram níveis jamais vistos (IPCC, 2014).
Uma das principais consequências dessas mudanças é a maior ocorrência de eventos
climáticos extremos. Pesquisas recentes apontam para o aumento da frequência e da
intensidade das chuvas no sul e sudeste do Brasil, tornando alagamentos e deslizamentos de
terra mais constantes (MAGRIN et al., 2014). A localização litorânea e o relevo acidentado da
cidade do Rio de Janeiro, assim como a alta densidade populacional, a ocupação de áreas de
risco e o alto índice de impermeabilização do solo, são fatores que a deixam ainda mais
suscetível a esses desastres.
Cabe ressaltar que a problemática dos danos sobre o meio ambiente é recente e as
primeiras discussões mais amplas acerca do tema foram pautadas apenas na segunda metade
do século XX. Para exemplificar, pode-se citar a Conferência de Estocolmo, em 1972, e a Rio
92, em 1992, onde os conceitos de sustentabilidade e desenvolvimento sustentável surgiram e
se consolidaram. Esses termos, no que diz respeito à questão urbana, estão presentes em
práticas de planejamento e projeto que levam em consideração a questão ambiental
(BARBOSA, 2005).
Diante desse cenário, o conhecimento da forma urbana, das condições de conforto e
das interações entre homem, espaço e clima são fundamentais para a proposição de projetos
14
sustentáveis, tanto na escala das cidades quanto na das edificações. A determinação de
princípios de traçado urbano que orientem a construção e adequação dos espaços ao clima, às
atividades e às necessidades da população é tarefa de engenheiros e arquitetos, devendo,
portanto, ser feita com base científica e de forma integrada.
OBJETIVO
Este trabalho tem o objetivo de verificar como aspectos da forma urbana, tais como o
grau de adensamento urbano, a vegetação e as características das edificações e das vias,
influenciam as condições microclimáticas e de conforto térmico em três bairros da cidade do
Rio de Janeiro (Copacabana, Ipanema e Ramos).
METODOLOGIA
A metodologia aplicada no presente trabalho foi baseada em uma pesquisa
exploratória, quantitativa e qualitativa. Em um primeiro momento, foi feito um levantamento
bibliográfico, que deu o embasamento teórico para este estudo. Por meio da leitura de livros,
artigos, monografias, dissertações e teses, buscou-se compreender as variáveis que
influenciam no conforto térmico, as maneiras de se avaliá-lo e a relação entre a forma urbana
com o microclima. Nesta etapa também se conheceu o funcionamento dos softwares ENVI-
met e RayMan, utilizados nas simulações microclimáticas e no cálculo do índice PET,
respectivamente.
No intuito de analisar a influência da forma urbana sobre o microclima, buscou-se
entender, inicialmente, o clima da cidade do Rio de Janeiro e definir quais seriam as
configurações urbanas das áreas de estudo. Então, foram selecionadas três áreas, as quais
possuem diferentes configurações urbanas, localizações geográficas e densidades de
ocupação, porém estão situadas próximas ao mar: Ramos, Copacabana e Ipanema.
Posteriormente, cada região foi modelada no software ENVI-met e simulada, utilizando-se
dados climáticos do verão de 2017 fornecidos pela estação meteorológica do Forte de
Copacabana (INMET, s.d). Os dados de entrada foram as médias de temperatura do ar,
umidade relativa e velocidade e direção do vento, de maneira que a simulação não fosse feita
para um dia atípico do ano.
15
Após as simulações, seguiu-se para as medições meteorológicas in loco, no intuito de
confirmar as condições verificadas no modelo computacional. Nessa etapa, apenas o bairro de
Copacabana foi avaliado. Dessa forma, foram selecionados diversos pontos ao longo do bairro
para a medição das seguintes variáveis: temperatura do ar, temperatura de bulbo úmido, ponto
de orvalho, umidade relativa e radiação.
Em seguida, calculou-se o índice Temperatura Fisiológica Equivalente (PET) para os
três bairros por meio do software RayMan. Para isso, utilizaram-se alguns dados climáticos de
pontos específicos, obtidos no modelo computacional, informações geográficas da cidade do
Rio de Janeiro e características humanas como parâmetros de entrada.
Por fim, analisaram-se os resultados de temperatura do ar ao nível do pedestre e
superficial, temperatura radiante média, umidade, radiação direta e difusa, ventilação e fator
de visão do céu, gerados pelo ENVI-met para os três modelos, e o PET, obtido com o
RayMan. Além disso, avaliou-se, também, se a situação verificada in loco confirmou o
previsto no modelo computacional.
ESTRUTURA DO TRABALHO
O primeiro capítulo deste trabalho faz uma breve introdução ao tema e ao contexto no
qual ele está inserido. Além disso, também são expostas a justificativa, a motivação, o
objetivo e a metodologia aplicada.
No capítulo 2, são apresentados os principais conceitos necessários para a realização e
entendimento deste trabalho. Em um primeiro momento, explica-se as principais variáveis que
influenciam no conforto térmico em ambientes externos, divididas em ambientais e
individuais. Em seguida, introduziu-se o estudo sobre o índice Temperatura Fisiológica
Equivalente (PET), utilizado na avaliação do conforto. Por fim, expôs-se a relação entre a
forma urbana e o microclima. Tais conceitos foram encontrados em bibliografia específica.
No capítulo 3, apresenta-se detalhadamente as áreas de estudo e a justificativa de suas
escolhas. Além disso, a metodologia utilizada no estudo microclimático também é descrita de
forma mais aprofundada.
O capitulo 4 trata da apresentação e análise dos resultados obtidos nas simulações e
medições, discutindo-se a influência dos aspectos da forma urbana sobre o microclima e,
também, de que maneira eles afetam o conforto térmico nessas regiões.
16
O capítulo 5 apresenta as considerações finais do trabalho, com constatações acerca
dos resultados encontrados e da metodologia, além de sugestões para trabalhos futuros.
Por fim, encontra-se as referências bibliográficas que basearam este trabalho e os
apêndices, com algumas informações obtidas e utilizadas na pesquisa.
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2 REFERENCIAL TEÓRICO
CONFORTO TÉRMICO EM AMBIENTES EXTERNOS
Pode-se definir o conforto térmico como o estado de conforto e de satisfação que um
indivíduo sente em relação ao ambiente térmico ao seu redor. Em relação ao uso de espaços
externos, como ruas, praças e parques, diversas pesquisas apontam a importância da
existência de condições de conforto térmico (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS,
2001; YAO et al., 2018; GIVONI et al., 2003). Essas condições são capazes de incentivar a
prática de atividades físicas, o desenvolvimento da economia e até mesmo a redução do
consumo energético nesses locais e nas proximidades.
Corbella e Yannas (2003) afirmam que um indivíduo se sente confortável em um
ambiente quando se encontra em neutralidade térmica em relação a ele. Segundo os autores,
essa condição é verificada quando o fluxo de calor produzido pelo corpo é igual ao fluxo de
calor perdido para o ambiente.
O corpo humano, uma vez que é homeotérmico1 e endotérmico2, depende da produção
metabólica de calor para manter sua temperatura corpórea constante. Sendo assim, existem
duas maneiras pelas quais essa produção pode ocorrer (AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997;
LAMBERTS, XAVIER, 2008): metabolismo basal, que ocorre de maneira inconsciente para
manter as funções vitais do organismo; e metabolismo muscular, o qual ocorre de maneira
consciente e é fruto das atividades realizadas pelo indivíduo. Na Tabela 1, são apresentadas as
taxas metabólicas para tarefas típicas3 do dia-a-dia.
Para manter ideal a temperatura corpórea, isto é, em torno dos 37ºC, é necessário que
o calor produzido seja liberado para o ambiente. A dissipação do calor é feita por meio de
trocas térmicas, que abrangem trocas secas e úmidas (FROTA, SCHIFFER, 2001). A primeira
advém da diferença de temperatura entre o corpo e o ambiente e estão relacionadas à perda de
calor sensível, podendo acontecer por convecção4, radiação5 e condução6. Por outro lado, o
1 Seres homeotérmicos são aqueles cuja temperatura corporal permanece relativamente constante,
independentemente do ambiente. 2 Seres endotérmicos são aqueles que utilizam o próprio metabolismo para a produção de calor e manutenção da
temperatura corporal. 3 Lista com as taxas metabólicas para mais atividades. IN: AMERICAN SOCIETY OF HEATING,
REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS (ASHRAE), INC. Thermal Environmental
Conditions for Human Occupancy. Atlanta, 2010. 4 Maiores detalhes sobre os mecanismos de troca térmicas. IN: FROTA, A. B.; SCHIFFER, S. R., 2001, Manual
de Conforto Térmico. 5 ed, São Paulo, Studio Nobel. 5 Ibidem.
18
calor perdido por trocas úmidas é chamado de calor latente e provém da mudança de estado
físico, ocorrendo por evaporação7 (FROTA, SCHIFFER, 2001).
Tabela 1 – Taxa Metabólica para Atividade Típicas
Atividade Taxa Metabólica (W/m²)
Dormindo 40
Reclinado 45
Sentado, repousando 60
Em pé, repousando 70
Caminhando sobre superfície plana (0,9 m/s) 115
Caminhando sobre superfície plana (1,2 m/s) 150
Caminhando sobre superfície plana (1,8 m/s) 220
ASHRAE 55, 2010. Adaptado pelo Autor.
O organismo humano possui alguns mecanismos para controlar a produção de calor e,
consequentemente, a sua liberação para o ambiente, denominados mecanismos
termorreguladores. A variação da temperatura corporal e a necessidade do aumento ou
diminuição da geração de calor está baseada na equação do balanço térmico do corpo humano
(Equação 1), apresentada a seguir (CORBELLA, YANNAS, 2003):
(𝑀 + 𝑊) − (𝐶𝐷 + 𝐶𝑉 + 𝐶𝑅 + 𝐸) = ∆𝑆 (Eq. 1)
Sendo:
M = taxa metabólica, ou seja, o calor produzido pelo corpo (W/m²);
W = energia referente ao trabalho mecânico feito pelo corpo (W/m²);
CD = perda por condução (W/m²);
CV = perda por convecção (W/m²);
CR = perda por radiação (W/m²);
E = perda por evaporação (W/m²);
∆S = variação do calor armazenado (W/m²).
É importante notar que essas trocas térmicas são influenciadas por variáveis
ambientais, tais como a radiação, a temperatura, a umidade e a velocidade do ar, e, também,
pessoais, como a vestimenta utilizada e a atividade feita pelo indivíduo (CORBELLA,
YANNAS, 2003).
No caso do ganho de calor (∆S > 0), o organismo deverá responder de modo a
aumentar as trocas térmicas com o ambiente e resfriar o corpo. Nesse propósito, existem duas
6 Ibidem. 7 Ibidem.
19
formas de se controlar a temperatura: por meio da vasodilatação e da transpiração. O primeiro
mecanismo provoca o aumento do fluxo sanguíneo na camada subcutânea, resultando no
aumento da temperatura da pele e nas trocas de calor por convecção. Caso isso não resulte no
resfriamento do corpo, inicia-se a produção de suor, que provoca perda de calor por
evaporação.
No caso de perda de calor (∆S < 0), as trocas térmicas com o ambiente deverão ser
reduzidas para manter a temperatura corporal. Para isso, o organismo reage com a
vasoconstrição, o qual possui efeito oposto ao da vasodilatação. Se essa reação não for
suficiente, o corpo pode reagir com arrepios, diminuindo a perda de calor, e com tremores,
aumentando sua produção.
Além da neutralidade térmica, Lamberts e Xavier (2008) mencionam outras duas
condições para se atingir o conforto térmico: temperatura da pele e taxa de secreção do suor
consoantes com parâmetros obtidos em estudos empíricos para diversas atividades; e a
inexistência de causadores de desconforto localizado, isto é, condições do ambiente que
afetem apenas uma parte do corpo e causam desconforto, como radiação não uniforme,
correntes de ar, elevado gradiente de temperatura ao longo da altura do indivíduo e
temperatura do piso.
Cabe ressaltar que grande parte dos estudos relacionados à verificação do conforto
térmico são feitos para ambientes internos (GIVONI et al., 2003) e consideram apenas o
balanço térmico (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 2001). No entanto, em espaços
externos, devido à grande variabilidade e do pouco controle das condições ambientais, deve-
se avaliar, também, variáveis individuais, relacionadas a adaptação psicológica e fisiológica
dos indivíduos (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 2001).
2.1.1 Variáveis Ambientais ou Físicas
As variáveis ambientais ou físicas aqui tratadas são aquelas que mais influenciam no
clima de um determinado local e no conforto térmico: temperatura, umidade e velocidade do
ar e, também, radiação solar. É importante notar que, em relação ao conforto, a atuação dessas
variáveis não deve ser analisada isoladamente, pois elas são interdependentes (HÖPPE, 1999)
e o valor de uma delas pode apresentar diferentes condições de conforto caso se varie o valor
das outras.
20
Uma das ferramentas utilizadas para se avaliar o conforto em ambientes externos é a
sensação térmica. Essa análise indica a percepção do indivíduo em relação às condições
térmicas de um ambiente (GIVONI et al., 2003) e pode ser feita por meio de diversos índices,
os quais correlacionam essas variáveis. Entre eles, destacam-se o Voto Médio Previsto8
(PMV), proposto por Fanger (1970), e a Temperatura Fisiológica Equivalente (PET), proposto
por Höppe (1999), que será detalhada mais à frente.
2.1.1.1 Temperatura do Ar
A temperatura do ar indica a temperatura na qual o ar ao redor do indivíduo se
encontra, sendo quantificada, principalmente, em graus Celsius (ºC) ou Kelvin (K). Ela é
medida pela temperatura de bulbo seco (DBT) e afeta significativamente as trocas térmicas
por convecção (AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997), uma vez que essas ocorrem devido à
diferença de temperatura entre o ar e a pele do indivíduo.
Em um estudo realizado em Hong Kong, Ng e Cheng (2011) observaram que, para
manter as condições de conforto térmico, um aumento de 1 m/s na velocidade do vento deve
ser acompanhado por um aumento de 2,12ºC na temperatura do ar. Uma relação similar é
verificada na pesquisa de Yao et al. (2018), realizada em Xangai, na China. Ademais, no que
diz respeito ao último trabalho, os autores mencionam que a temperatura do ar foi o parâmetro
que mais influenciou na sensação térmica.
Paralelamente a essa relação entre a temperatura e a velocidade do vento, percebe-se,
ainda, sua interação com a radiação. Givoni et al. (2003), em uma análise feita em Tel Aviv,
em Israel, constatam variações nas sensações térmicas para uma mesma temperatura do ar,
dependendo das condições de exposição dos indivíduos – sob sombra ou sol.
Por último, ela ainda influencia a capacidade do ar em reter vapor de água, sendo
maior para temperaturas mais altas, e em escolhas individuais, tais como a vestimenta ou a
permanência em um determinado local.
8 Maiores detalhes sobre o Voto Médio Previsto (PMV). IN: FANGER, O. P., 1970, Thermal comfort:
analysis and applications in environmental engineering. Copenhagen, Danish Technical Press.
21
2.1.1.2 Umidade do Ar
A umidade do ar refere-se à quantidade de vapor de água presente nele,
caracterizando-o como seco ou úmido. Essa variável pode ser expressa pela umidade relativa
(%), que indica o seu grau de saturação com vapor de água; pela umidade absoluta (kg/m³), a
qual representa a massa de água presente em 1m³ de ar; e pela pressão de vapor da água (kPa),
que exprime a pressão exercida pelo vapor da água em um determinado volume de ar.
Uma forma comum de se obter a umidade é medindo-se a temperatura de bulbo seco
(DBT) e úmido (WBT). A carta psicrométrica9 (Figura 2) é um diagrama de onde é possível
se ler os valores de umidade absoluta e relativa para uma determinada pressão atmosférica a
partir de diversas variáveis, entre elas, as duas mencionadas anteriormente (AULICIEMS,
SZOKOLAY, 1997).
Essa ferramenta foi amplamente utilizada por diversos pesquisadores na concepção de
cartas ou diagramas bioclimáticos, os quais definem limites para zonas de conforto e auxiliam
na elaboração de estratégias para adequação dos espaços às condições climáticas. Entre eles,
pode-se citar a Carta Bioclimática de Olgyay10 (1963) e a Carta Bioclimática de Givoni11
(1992).
Romero (2013) afirma que esses modelos “são um instrumento importante para o
estudo das técnicas de controle do ambiente, uma vez que permitem a identificação daquelas
variáveis do meio que devem ser modificadas e/ou aproveitadas para se conseguirem as
condições de conforto desejadas”. Entretanto, a autora alerta que eles são adequados às
regiões para onde foram concebidos e sua utilização em outras áreas pode não ser apropriada
(ROMERO, 2013).
É importante ressaltar que a quantidade de vapor de água no ar influencia as trocas
térmicas por evaporação. A alta umidade, por exemplo, dificulta a evaporação do suor e pode
ser fator prejudicial ao conforto térmico (LAMBERTS, XAVIER, 2008). Nesse sentido,
Ahmed (2003) observou que o aumento da umidade relativa é acompanhado por uma redução
na tolerância a altas temperaturas.
Por outro lado, a renovação do ar, promovida pela ventilação, diminui sua umidade
junto à superfície do corpo, possibilitando o aumento dessas trocas e da tolerância
9 Maiores detalhes sobre a composição da carta psicrométrica. IN: AULICIEMS, A.; SZOKOLAY, S. V.
Thermal comfort. 2. ed. Brisbane: PLEA, 1997. 10 Maiores detalhes sobre a Carta Bioclimática de Olgyay. IN: OLGYAY, V. Design with climate. New Jersey,
Princeton University, Princeton, 1963. 11 Maiores detalhes sobre a Carta Bioclimática de Givoni. IN: GIVONI, B. Confort, climate analysis and
building design guidelines. Energy and Building, v.18, 1992.
22
(CORBELLA, YANNAS, 2003; AHMED, 2003). Além das correntes de ar, a presença de
vegetação também pode influenciar significativamente na umidade do ar, porém, seus efeitos
sobre as variáveis microclimáticas serão abordados mais à frente (ver item 2.2).
Figura 2 – Carta Psicrométrica
AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997.
23
2.1.1.3 Velocidade do Ar
A velocidade do ar diz respeito à distância percorrida pelo ar em um dado espaço de
tempo, sendo medida em m/s. Todavia, pelo fato dela ter grandes variações em intervalos
muito curtos, assume-se, frequentemente, que seu valor corresponde à média verificada em
um certo período.
Além de influenciar as trocas térmicas por evaporação (ver item 2.1.1.2), o vento
também atua nas trocas por convecção. Isso ocorre pelo aquecimento do ar mais próximo à
superfície do corpo, que se torna mais denso que o ar das camadas superiores. Em vista disso,
criam-se correntes de convecção, que levam o ar frio para baixo e permitem que as trocas
continuem.
O efeito do vento no conforto térmico é extremamente dependente das condições
climáticas do ambiente. Assim, para certos limites de velocidade, sua existência em climas
frios é prejudicial, enquanto em quentes é benéfica (GIVONI et al., 2003). Ainda, conforme
dito anteriormente (ver item 2.1.1.1), a ação do vento é capaz de influenciar na sensação
térmica.
Acrescenta-se, ainda, que o vento, junto com a radiação, são as variáveis mais afetadas
pela forma urbana (TALEGHANI et al., 2014), que pode contribuir para permitir ou bloquear
sua passagem e causar efeitos indesejados. Entretanto, a influência da forma urbana nas
variáveis microclimáticas será discutida posteriormente (ver item 2.2).
2.1.1.4 Radiação Solar
A radiação solar, também chamada de radiação de onda curta, é a energia radiante
emitida pelo Sol, isto é, aquela transmitida sob a forma de ondas eletromagnéticas. De
maneira geral, os raios solares podem ser divididos em três faixas, segundo o comprimento de
onda: ultravioleta, luz visível e infravermelho. Além disso, a intensidade na qual esses raios
chegam à superfície terrestre depende das coordenadas geográficas do local (latitude,
longitude e altitude), da densidade do ar e da transparência da atmosfera (ROMERO, 2013).
O termo radiação global se refere a quantidade total de energia solar que atinge um
determinado plano. Seu valor pode ser calculado pela soma da radiação direta, a qual vem
diretamente do Sol, sem sofrer nenhum desvio, e difusa, que alcança a superfície após ser
dispersado por nuvens, partículas ou moléculas em suspensão na atmosfera.
24
A radiação solar absorvida pelas superfícies nas quais ela incide é convertida em
energia térmica e liberada para o ambiente sob a forma de calor, aquecendo o ar ao redor
delas. Desse modo, sua incidência em um determinado espaço é capaz de influenciar no
conforto térmico, como mostram as pesquisas de Givoni et al. (2003) e Taleghani et al.
(2014).
As trocas térmicas por radiação entre o corpo humano e o ambiente dependem da
temperatura média das superfícies ao seu redor (AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997),
denominada temperatura radiante média. Apesar da radiação solar incidente poder ser medida
diretamente (em W/m²), a temperatura radiante média é mais utilizada em avaliações de
conforto térmico. Ela pode ser definida como a “temperatura uniforme de um ambiente
imaginário no qual a transferência de calor por radiação do corpo humano é igual à
transferência de calor por radiação em um ambiente real não uniforme” (LAMBERTS,
XAVIER, 2008).
Por fim, de acordo com Höppe (1999), em situações onde a velocidade do vento é
baixa, a temperatura radiante média possui a mesma importância que a temperatura do ar para
o balanço térmico. Por outro lado, o autor afirma que, para maiores velocidades, essa variável
é menos significativa devido à predominância das trocas de calor por convecção. Dessa
forma, conclui-se que, além da influência que essas variáveis exercem entre si, o
conhecimento da importância de cada uma delas para cada caso específico também é
fundamental para se compreender o conforto térmico.
2.1.2 Variáveis Individuais
Apesar dos índices de avaliação de conforto estabelecerem intervalos onde uma
condição de neutralidade seria verificada, diversas pesquisas observaram que grande parte das
pessoas se sente confortável ao experimentar leve calor ou frio, em valores fora dessas faixas
(YAO et al., 2018; NIKOLOPOULOU, STEEMERS, 2003). Adicionalmente, Lin (2009)
observou que a relação entre o valor do PET e a quantidade de pessoas em uma praça varia
dependendo da estação do ano, sendo positiva para os períodos mais frios e negativa para os
mais quentes. Tais circunstâncias podem ser explicadas pela grande importância que as
variáveis individuais possuem sobre a sensação de conforto térmico nesses locais.
Auliciems e Szokolay (1997) mencionam a idade, o gênero e o biotipo dos indivíduos
como características que afetam a sensação de conforto. Segundo os autores, pessoas com
25
idade mais avançada tendem a ter preferências térmicas mais restritas. Em relação ao gênero,
as mulheres, de maneira geral, preferem temperaturas 1ºC mais altas que os homens. Por
último, pelo fato de a dissipação do calor aumentar proporcionalmente à superfície corpórea,
pessoas mais magras trocam mais calor com o ambiente, podendo preferir temperaturas mais
elevadas.
De acordo com Nikolopoulou e Steemers (2003), para ambientes externos, os fatores
ambientais podem representar apenas aproximadamente 50% da variação nas avaliações de
conforto. Os autores ainda sustentam que o restante pode ser explicado por questões
individuais, relacionadas à adaptação física, psicológica e fisiológica dos indivíduos.
2.1.2.1 Adaptação Física ou Comportamental
As adaptações físicas ou comportamentais dizem respeito às ações realizadas pelas
pessoas a fim de se ajustarem às condições térmicas de um ambiente. Tais ações podem ser
divididas em interativas, relacionadas às mudanças do ambiente; e reativas, ligadas às
alterações pessoais (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 1999). No entanto, neste
trabalho serão apresentadas apenas a última, uma vez que ações que modificam as condições
em espaços externos são extremamente limitadas.
Em uma pesquisa realizada na cidade de Taichung, em Taiwan, Lin (2009) notou que
a ação mais comum para se adaptar à um ambiente muito quente seria a busca por sombra sob
as árvores, seguida pela busca por abrigo. O trabalho de Hirashima, Assis e Nikolopoulou
(2016) demonstra que, de fato, esse comportamento é habitual, uma vez que a maioria das
pessoas entrevistadas estavam em locais protegidos da ação do Sol. Por outro lado, para
temperaturas mais baixas, além da maior presença de pessoas em áreas com incidência solar
direta, procura-se por locais protegidos do vento (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS,
1999).
Outro mecanismo de adaptação reativa é o consumo de bebidas quentes ou frias, as
quais são capazes de alterar a produção metabólica de calor (NIKOLOPOULOU, BAKER,
STEEMERS, 1999). Nos estudos de Lin (2009), essa foi a terceira resposta mais frequente
entre os homens, tendo sida mencionada por 50% dos entrevistados.
Ainda, a vestimenta é, provavelmente, a forma mais comum de adaptação ao
ambiente. A unidade “clo” (ICL), do inglês “clothing”, foi criada com o intuito de quantificar o
isolamento térmico proporcionado por cada traje e colaborar com os estudos sobre o conforto
26
térmico (AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997). O valor de 1 clo corresponde à 6,45 W/m²K ou
0,155 m²K/W. A Tabela 2 apresenta os valores típicos12 para alguns trajes.
Tabela 2 – Isolamento térmico para alguns trajes
Vestimenta ICL (clo)
Calça e camisa de manga curta 0,57
Calça e camisa de manga longa 0,61
Calça, camisa de manga longa e paletó 0,96
Saia e camisa de manga curta 0,54
Saia e camisa de manga longa 0,67
Saia longa, camisa de manga longa e paletó 1,10
Short de caminhada e camisa de manga curta 0,36
Calça de moletom e camisa de moletom 0,74
ASHRAE 55, 2010. Adaptado pelo Autor.
A quantidade de roupa utilizada irá variar de acordo com as condições climáticas,
sendo maior para climas mais frios e vice-versa. A escolha feita tem como objetivo oferecer a
resistência necessária para que as trocas térmicas entre o corpo e o ambiente configurem um
estado de conforto.
Por fim, observa-se que, de maneira geral, as medidas adaptativas aqui apresentadas,
além de sofrerem influência das condições climáticas, também são afetadas por questões
psicológicas.
2.1.2.2 Adaptação Psicológica
A adaptação psicológica está diretamente relacionada com a percepção e a preferência
térmica dos indivíduos em um determinado local. No entanto, para um mesmo espaço, as
respostas entre uma pessoa e outra poderão ser diferentes, em virtude de diversos fatores.
Entre eles, destacam-se os estímulos do ambiente e o controle percebido, as expectativas e as
experiências dos indivíduos (NIKOLOPOULOU, STEEMERS, 2003; LIN, 2009).
Os estímulos do ambiente, de acordo com Nikolopoulou e Steemers (2003), são a
principal razão para as pessoas usufruírem de um espaço externo. Os autores constataram que
a maioria dos usuários desses espaços apreciavam a sensação de leve calor ou frio,
12 Lista com valores de isolamento térmico para mais trajes. IN: AMERICAN SOCIETY OF HEATING,
REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS (ASHRAE), INC. Thermal Environmental
Conditions for Human Occupancy. Atlanta, 2010.
27
principalmente aqueles que vinham do interior de edifícios. Isso se justificaria pela existência
de um ambiente variado, com presença de sol, sombra, vento e ar fresco. Ainda mais, em uma
pesquisa conduzida em Belo Horizonte, Hirashima, Assis e Nikolopoulou (2016) observaram
que, sob as mesmas condições microclimáticas, pessoas em um espaço mais diversificado e
com maior presença de áreas naturais tendem a demonstrar maior grau de tolerância térmica.
Além de aumentar a tolerância térmica, a variedade de opções para aproveitar esses
recintos permite que os usuários passem mais tempo neles, uma vez que há um maior controle
sobre as condições térmicas experimentadas (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS,
2001). Outra questão relativa ao controle diz respeito à autonomia dos indivíduos quanto à sua
presença nesses locais. Lin (2009) notou que os melhores níveis de satisfação térmica em uma
praça foram verificados para aqueles que praticavam atividades de lazer, uma vez que
possuíam mais opções de locais para realiza-las, enquanto os piores foram para quem estava
apenas de passagem e tinham menos controle sobre a situação.
As expectativas sobre um ambiente representam as condições nas quais um indivíduo
espera que ele esteja e são influenciadas por sua memória recente, que, por sua vez, induzem
adaptações físicas (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 2001). Ademais, tais
condições também variam de acordo com a estação do ano e com o tipo de clima de cada
local, afetando tanto a percepção quanto a preferência térmica dos indivíduos.
Nesse sentido, estudos sugerem que, em regiões de clima quente, a temperatura que as
pessoas desejam é mais baixa do que a aquela na qual elas se sentem confortáveis em todas as
estações do ano, enquanto que nos climas frios a tendência é que isso ocorra apenas no verão
(LIN, 2009; HIRASHIMA, ASSIS, NIKOLOPOULOU, 2016, YAO et al., 2018).
Adicionalmente, percebe-se, ainda, que as regiões mais quentes geralmente apresentam zonas
de conforto com temperaturas mais elevadas (LIN, 2009; HIRASHIMA, ASSIS,
NIKOLOPOULOU, 2016) e que os habitantes de cidades com clima de menor amplitude
térmica parecem menos tolerantes ao frio e ao calor (HIRASHIMA et al., 2018).
2.1.2.3 Adaptação Fisiológica
Essa adaptação está ligada às mudanças nas respostas fisiológicas do corpo humano
devido às condições térmicas do ambiente. Entretanto, essas respostas são lentas, ocorrendo
progressivamente ao longo do tempo e de acordo com a frequência na qual o indivíduo está
28
exposto à tais condições. Sendo assim, ela não possui grande importância para o estudo do
conforto térmico em ambientes externos (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 1999).
2.1.3 Temperatura Fisiológica Equivalente (PET)
A temperatura equivalente fisiológica (PET) é um índice de avaliação de conforto
idealizado por Höppe (1999) e está fundamentada na equação de balanço térmico do corpo
humano13. Seu valor representa a temperatura do ar na qual, em um ambiente interno
imaginário, o balanço térmico do corpo humano seria mantido com as mesmas temperaturas
da pele e interna que se encontrariam no ambiente analisado.
Para seu cálculo, as seguintes considerações acerca do ambiente interno são feitas: a
temperatura radiante média é igual à temperatura do ar; a velocidade do ar é de 0,1 m/s; a
pressão de vapor da água é de 12 hPa (equivale à umidade relativa de 50% à 20ºC). Além
disso, para o balanço térmico supõe-se um gasto energético de 80 W e isolamento térmico da
vestimenta de 0,9 clo.
Em comparação com outros índices, a principal vantagem do PET é apresentar os
resultados na unidade de graus Celsius (ºC), tornando mais fácil a sua compreensão
(MATZARAKIS et al., 1999). Höppe (1999) acrescenta, ainda, que é mais simples imaginar a
temperatura do ar em um ambiente interno do que em um externo, onde a variabilidade
climática é muito maior.
Por outro lado, por fixar a atividade e a vestimenta nos cálculos, as condições de
conforto para certos valores do PET podem não ser verídicas para outras circunstâncias.
Ainda, pelo fato de a percepção térmica ser influenciada por fatores psicológicos (ver item
2.1.2.2), seus valores devem ser calibrados individualmente para cada local e clima
(HIRASHIMA et al., 2018). A Tabela 3 apresenta os resultados da calibração do índice PET
para algumas cidades brasileiras e a percepção térmica associada.
Recentemente, esse índice tem sido utilizado de forma ampla em diversas pesquisas
(CALLEJAS, NOGUEIRA, 2013; HIRASHIMA et al., 2018; DRACH, BARBOSA, 2016;
LIN, 2009, EMMANUEL, ROSENLUND, JOHANSSON, 2007), com o objetivo de melhor
entender os impactos das variáveis ambientais, humanas e urbanas sobre o microclima e o
conforto nas cidades.
13 A equação utilizada por Höppe (1999) é similar à apresentada no item 2.1. Maiores detalhes sobre ela. IN:
HÖPPE, P. “The physiological equivalent temperature – a universal index for the biometeorological assessment
of the thermal environment”, International Journal of Biometeorology, v. 43, n. 2, pp. 71-75, out. 1999.
29
Tabela 3 – Resultados da calibração do índice PET para algumas cidades brasileiras
Percepção
Térmica
PET (°C)
Belo Horizonte
(HIRASHIMA et al., 2018)
São Paulo
(MONTEIRO, 2008)
Salvador
(ANDRADE et al., 2016)
Muito calor > 36 > 43 ≥ 34,1
Calor 32 - 35 > 31 29,4 - 34,1
Pouco calor 31 > 26 26,8 - 29,4
Confortável 16 - 30 18 - 26 < 26,8
Pouco frio 13 - 15 < 18 -
Frio < 12 < 12 -
Muito frio - < 4 -
Belo Horizonte – HIRASHIMA et al., 2018; São Paulo – MONTEIRO, 2008; Salvador – ANDRADE
et al., 2016. Adaptado pelo Autor.
FORMA URBANA E MICROCLIMA
O crescimento acelerado da população urbana e as alterações climáticas, em uma
escala global, têm provocado problemas de cunho socioambiental e impactado negativamente
na qualidade de vida nas cidades. A ineficiência dos sistemas de transporte, os altos níveis de
poluição e a ocorrência de eventos climáticos catastróficos evidenciam a necessidade de ações
que tornem as cidades mais eficientes e resilientes. No entanto, devido a outros aspectos,
como a especulação imobiliária e a inadequação da legislação urbana, as mudanças na
configuração física da urbe têm ido contra os interesses e necessidades da população.
A forma urbana é definida pela maneira como os elementos que compõem a cidade
estão organizados, ou seja, pelo traçado e tamanho das vias, pela dimensão dos quarteirões e
calçadas, pela volumetria e geometria dos edifícios, pela existência de espaços livres, pela
presença de vegetação, entre outros (ROCHA, 2018; XIMENES, 2016). A conformação e
alteração dos espaços urbanos e seus elementos levam em consideração fatores sociais,
culturais, políticos, econômicos, geográficos, ambientais e climáticos, conferindo uma
identidade única para cada cidade. Sendo assim, fica evidente a importância do estudo da
forma urbana para a proposição de alterações desses espaços e a imprescindibilidade de se
avaliar individualmente cada caso.
Esses elementos da forma urbana apresentam particularidades em uma escala menor
que a da cidade. Ao se percorrer um trajeto, é possível percebê-las em cada bairro, quarteirão
30
ou rua, por meio de edifícios com distintas expressões arquitetônicas e fins ou vias com
diferentes dimensões, níveis de arborização e sombreamento (BARBOSA; ROSSI; DRACH,
2014). Tais características são capazes de influenciar no consumo energético, na qualidade do
ar, no tipo de uso do solo e, também, no microclima. Em relação a este último, diversos
estudos recentes demonstram que os efeitos de uma forma urbana que não considerem as
características climáticas locais podem ser significativos e causar desconforto térmico.
Segundo Borges (2009), microclima pode ser definido como:
“resultado das variações climáticas decorrentes de um espaço de proporções
reduzidas, onde os principais elementos climáticos (temperatura e umidade
do ar, radiação, e velocidade do vento) sofrem influência direta do seu
entorno: elemento geográfico (topografia), edificações (gabarito, ocupação),
malha urbana, revestimentos, vegetação.” (BORGES, 2009).
Em cidades como o Rio de Janeiro, onde predomina o clima tropical úmido, algumas
diretrizes gerais de desenho urbano devem ser observadas a fim de adequar os espaços às
condicionantes climáticas e proporcionar conforto à sua utilização pelos habitantes. As altas
temperaturas e umidades, típicas desse clima, associadas à pouca ventilação e às mudanças na
cobertura do solo, as quais permitem o acúmulo de calor, são as principais causas das ilhas de
calor. Esse fenômeno microclimático é comum em áreas urbanas e é caracterizado pela
verificação de temperaturas mais elevadas em um determinado local, quando comparado com
regiões próximas (XIMENES, 2016). Como consequência disso, verifica-se o aumento do
consumo energético para sistemas de resfriamento e a piora da qualidade do ar, além do
desconforto térmico (BARBOSA, ROSSI, DRACH, 2014).
De acordo com Romero (2013), os principais elementos que devem ser controlados
nesse tipo de clima são: temperatura, umidade, vento, radiação e chuvas. Nesse sentido, as
propostas para os espaços urbanos devem procurar ampliar a ventilação e as perdas de calor
por evaporação e convecção, além de reduzir a incidência de radiação sobre os pedestres e sua
absorção pelos espaços construídos (ROMERO, 2013; DUARTE, 2015).
Uma das características da ocupação urbana é a impermeabilização do solo e o
revestimento dos edifícios com materiais de baixo albedo, isto é, baixa capacidade de
reflexão, tais como o asfalto e o concreto. Isso significa que, durante o dia, esses componentes
absorvem a radiação solar, aumentando suas temperaturas superficiais e do ar ao seu redor,
enquanto que, à noite, essa radiação é liberada sob a forma de calor. Esse efeito pode ser
mitigado por meio da substituição desses materiais por outros, com alto coeficiente de
31
reflexão, como pavimentos frios e telhados e fachadas claras, ou telhados e paredes verdes,
por exemplo.
Em uma comparação entre pavimentos frios e convencionais, Tsoka (2017) observou
que os primeiros podem proporcionar uma redução de até 10ºC na temperatura superficial.
Paralelamente, Chatzidimitriou e Yannas (2016) alertam que, apesar dessa redução, as
consequências sobre o conforto térmico podem ser negativas, uma vez que as múltiplas
reflexões da radiação solar aumentam a temperatura radiante média. No entanto, os autores
destacam que, nos telhados, materiais com alta refletividade não afetam o conforto no nível
do pedestre e que tal solução reduz a carga térmica no topo dos edifícios
(CHATZIDIMITRIOU, YANNAS, 2016) que, por sua vez, pode reduzir o gasto energético
(DUARTE, 2015).
É importante mencionar que as múltiplas reflexões, além do desconforto térmico,
podem causar ofuscamento e desconforto visual (EMMANUEL, ROSENLUND,
JOHANSSON, 2007; DUARTE, 2015). Entretanto, alguns recursos de projeto arquitetônico e
urbano são capazes de atenuar essas consequências. Entre eles, destacam-se as fachadas
irregulares, as quais refletem a radiação de maneira difusa; e a vegetação, que atua de maneira
mais ampla (ROMERO, 2013; DUARTE, 2015).
Nesse sentido, Barbosa (2005) afirma que a vegetação pode afetar quatro variáveis
microclimáticas: radiação solar, temperatura, umidade e velocidade do ar. Além disso, ela
ainda possui grande importância na purificação do ar, devido a estrutura foliar14 (BARBOSA,
2005), e na redução dos impactos da chuva (GIVONI, 1994), uma vez que permite a
infiltração da água no solo.
A capacidade de intervir sobre o microclima se deve ao fato de que a vegetação
aumenta o resfriamento evaporativo, bloqueia a passagem da radiação solar e possui maior
albedo que os materiais produzidos pelo homem (DUARTE, 2015; TALEGHANI, 2017).
Acrescenta-se, ainda, que parte da radiação é absorvida pelas plantas e utilizada no processo
de fotossíntese, sem ocasionar o aumento da temperatura (BARBOSA, 2005).
Por outro lado, essa interação depende das espécies vegetais, que possuem não só
diferentes tamanhos e formatos, mas também, taxas de evapotranspiração, de transmissão da
radiação solar, de reflexão e de permeabilidade ao vento. Sendo assim, na elaboração de um
14 Maiores detalhes sobre a atuação da vegetação como purificadora do ar. IN: BARBOSA, R. V. R., 2005,
Áreas Verdes e Qualidade Térmica em Ambientes Urbanos: estudo em microclimas de Maceió (AL).
Dissertação (Mestrado), Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
32
projeto urbano, é fundamental que se conheça as características das espécies e sua adequação
ao clima local.
Os estudos para entender o efeito da vegetação sobre o microclima têm concluído que
seu uso, seja ele em parques, arborização das vias ou em telhados verdes, é uma das
ferramentas mais efetivas para reduzir a temperatura do ar e atenuar os efeitos da ilha de
calor, proporcionando melhores condições de conforto térmico em ambientes urbanos
(CHATZIDIMITRIOU, YANNAS, 2016; TSOKA, 2017; THANI, MOHAMAD,
ABDULLAH, 2013; HWANG, LUM, CHAN, 2015; DRACH, BARBOSA, 2016; HIEN,
YUSUF, 2010).
Givoni (1994) afirma que a criação de áreas verdes abertas, como parques, por
exemplo, especificamente em regiões de clima quente e úmido, deve ter como objetivo formar
locais sombreados e promover a melhora da ventilação urbana, permitindo a passagem do
vento para áreas mais interiores da cidade. Além disso, observa-se que a influência desses
espaços não se restringe apenas à sua própria área, afetando a região ao seu redor (DIMOUDI,
NIKOLOPOULOU, 2003).
De acordo com Hwang, Lum e Chan (2015), o sombreamento é o fator mais
importante para a redução das temperaturas e, consequentemente, para a criação de locais
termicamente confortáveis em zonas tropicais. No entanto, deve-se salientar que ele deve
estar presente de maneira contínua e em maiores volumes para que seu efeito seja
potencializado (HWANG, LUM, CHAN, 2015; DIMOUDI, NIKOLOPOULOU, 2003).
Em contraste com os benefícios verificados, deve-se ressaltar que a vegetação também
pode prejudicar as condições de conforto. A grande concentração de árvores altas e com copas
densas aumenta o nível de umidade e bloqueia a passagem do vento, o que dificulta as trocas
de calor por evaporação e convecção (ver itens 2.1.1.2 e 2.1.1.3), enquanto que as árvores
com copas mais esparsas, além desses efeitos, não fornecem sombreamento suficiente
(GIVONI, 1994). Em vista disso, espécies vegetais com essas características devem ser
evitadas em regiões quentes e úmidas.
Além da vegetação, outros fatores que influenciam na ventilação e sombreamento dos
espaços urbanos são: a orientação das vias e a forma, as dimensões e o espaçamento entre as
edificações. O estudo dos seus efeitos sobre essas duas variáveis é fundamental para a
formação de espaços urbanos mais agradáveis, principalmente em ambientes de clima
tropical, já que podem mitigar os efeitos da ilha de calor.
A orientação das vias e as características dos edifícios é capaz de alterar o regime dos
ventos em uma área. Para viabilizar as melhores condições de ventilação, Givoni (1994)
33
afirma que as ruas devem ser paralelas à direção principal dos ventos durante a tarde, já que é
nesse período que as maiores temperaturas ocorrem. No entanto, essa configuração ocasiona a
sua canalização (ROMERO, 2013) e dificulta a ventilação entre os edifícios, caso eles sejam
pouco espaçados (GIVONI, 1994).
Por outro lado, nas vias perpendiculares ao vento, verifica-se que os edifícios atuam
como uma barreira, bloqueando sua passagem (ROMERO, 2013; GIVONI, 1994). A
existência de áreas pouco ventiladas é capaz de induzir a formação de ilhas de calor
(DRACH, CORBELLA, 2010). Portanto, o desenho urbano deve ser pensado de forma a
evitar a criação de zonas de estagnação.
Sendo assim, posicionar as vias com ângulo entre 30º e 60º com os ventos dominantes
é a configuração ideal para favorecer a ventilação em regiões de clima quente e úmido
(GIVONI, 1994). Orientá-las na direção Norte-Sul também contribui para a melhora do
microclima, uma vez que propicia uma maior proteção do Sol, o qual, em regiões tropicais,
apresenta alto ângulo de incidência (EMMANUEL, ROSENLUNG, JOHANSSON, 2007).
Além disso, alternar prédios altos com baixos e/ou deixá-los afastados entre si torna o
ambiente mais permeável aos ventos (ROMERO, 2013).
A dimensão e disposição das ruas e dos edifícios, além dos efeitos sobre a ventilação,
também podem contribuir com o sombreamento dos espaços urbanos. Nesse sentido, o
adensamento das áreas urbanas tem sido apontado por pesquisadores como uma possível
estratégia. Contudo, apesar dos seus benefícios, é necessária a realização de estudos mais
aprofundados a fim de verificar sua aplicabilidade em zonas de clima tropical.
2.2.1 Adensamento Urbano
O modelo de cidade compacta tem surgido como solução para os problemas
decorrentes da urbanização, uma vez que possibilita o encurtamento dos deslocamentos, a
redução do uso do automóvel e da emissão de poluentes, a maior facilidade na implantação de
meios de transporte de massa, menores custos com infraestrutura, entre outros. No entanto, a
densificação excessiva pode ocasionar uma verticalização exagerada das cidades, que por sua
vez prejudica a ventilação e a iluminação natural, além de favorecer o acúmulo de poluentes
atmosféricos (BARBOSA; DRACH; CORBELLA, 2010), colaborando para a formação de
ilhas de calor, principalmente em regiões tropicais.
34
Uma das formas de se avaliar a densidade de ocupação de uma determinada região é
por meio da relação entre a altura dos edifícios e a largura das vias (H/W). Nas pesquisas
feitas por Emmanuel, Rosenlund e Johansson (2007) e Chatzidimitriou e Yannas (2016),
verificou-se que esse fator possui forte vínculo com as temperaturas radiante média e do ar,
influenciando, consequentemente, as condições de conforto. Nos dois casos, os autores
observaram que o aumento da relação H/W levou a redução do PET, principalmente devido
ao sombreamento proporcionado pelos prédios.
Outro indicador utilizado para avaliar a densidade urbana é o fator de visão do céu
(FVC). Esse é um índice adimensional, que varia entre 0 e 1 e representa a quantidade de céu
visível existente em um determinado ponto. O FVC é reduzido à medida que novas
construções surgem no ambiente. Além disso, a vegetação também o reduz, uma vez que
restringe a observação da abóbada celeste.
A análise do FVC ajuda a compreender as trocas térmicas no meio urbano. Durante o
dia, os espaços abertos e com maior FVC tendem a apresentar temperaturas mais elevadas,
uma vez que recebem mais radiação solar, enquanto, à noite, as áreas mais densas e com
menor FVC se mostram mais quentes, pois a perda de calor é mais lenta (HIEN, YUSUF,
2010). Portanto, a investigação dos efeitos causados pelo adensamento deve ser feita antes de
escolhê-lo como diretriz para o desenvolvimento urbano, principalmente em regiões de clima
tropical.
Nesse sentido, Wei, Song, Wong e Martin (2016) verificaram que, para um mesmo
índice de aproveitamento15 do terreno, o FVC diminui com o aumento da taxa de ocupação16,
ou seja, a redução do espaçamento entre os prédios é mais significativa para o FVC do que a
redução dos gabaritos. Também, os autores perceberam que o mesmo efeito acontece ao se
fixar a taxa de ocupação e aumentar os gabaritos. Como consequências microclimáticas, esse
estudo demonstrou que a ampliação da taxa de ocupação, até certos limites, pode resultar na
redução das médias diárias da temperatura radiante média e do ar e melhorar o conforto
térmico dos pedestres.
Por outro lado, em locais já muito adensados, a simples introdução de um edifício
pode ser suficiente para restringir a ventilação e aumentar a temperatura de seus arredores,
que criam condições para a formação de ilhas de calor (DRACH, CORBELLA, 2010). No
caso da compactação de um bairro inteiro, por exemplo, os efeitos se mostram ainda maiores.
15 O índice ou coeficiente de aproveitamento representa a razão entre a área total construída e a área total do
terreno. 16 A taxa de ocupação representa a razão entre a área construída projetada e a área total do terreno.
35
Em simulações feitas para o bairro de Camboinhas, em Niterói, as diferenças de temperatura
observadas entre a situação espraiada e compactada chegaram até 4K (BARBOSA, DRACH,
CORBELLA, 2010). Um caso similar é verificado no bairro de Copacabana, no Rio de
Janeiro, onde o adensamento excessivo entre 1930 e 2010 também ocasionou o aumento da
temperatura (BARBOSA, ROSSI, DRACH, 2014).
Em suma, percebe-se que as interações entre o espaço construído e o natural possuem
grande complexidade e que pequenas alterações neles podem provocar impactos significativos
no clima urbano. Dessa forma, para a proposição de soluções adequadas e eficientes, é
necessário que se estude as características ambientais, urbanas e humanas, próprias de cada
localidade.
36
3 ESTUDOS MICROCLIMÁTICOS
LOCALIZAÇÃO DAS ÁREAS DE ESTUDO
A seleção das áreas de estudo buscou locais com diferentes características no que diz
respeito ao nível de adensamento, localização geográfica e densidade ocupacional. No
entanto, devido à localização litorânea da cidade do Rio de Janeiro, optou-se por escolher
regiões próximas ao mar, onde se tenha grande influência da brisa marítima. Além disso,
devido a uma limitação do software ENVI-met, foram escolhidos locais de relevo plano e com
dimensões de 600m x 600m. A Figura 3 apresenta a localização das áreas de estudo.
Figura 3 – Localização das Áreas de Estudo
GOOGLE MAPS, 2018.
A área de estudo 1 está localizada no bairro de Ramos (Figura 4), entre a Avenida
Brasil e a Baía de Guanabara, próxima a um espaço de lazer conhecido como “Piscinão de
Ramos” e a uma área livre, pertencente a Marinha do Brasil. A região apresenta forma urbana
irregular e com um solo altamente adensado, edificações majoritariamente baixas (até 3
pavimentos), praticamente sem afastamentos frontais e laterais e vias muito estreitas (becos).
A orla não possui faixa de areia, exceto por uma pequena parcela do “Piscinão”, e quase não
há presença de vegetação.
37
(a) (b)
Figura 4 – Área de Estudo: Ramos. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua
GOOGLE MAPS, 2018.
A segunda área de estudo está localizada no bairro de Copacabana (Figura 5), próxima
a Praça Serzedelo Corrêa. A região apresenta forma urbana ortogonal e é altamente adensada,
porém, diferentemente da área 1, é composta majoritariamente por edificações altas (12
pavimentos), praticamente sem afastamento lateral, mas com um pequeno afastamento frontal.
As vias possuem aproximadamente 12 m de largura, com exceção da Avenida Atlântica (orla)
e a Avenida Nossa Senhora de Copacabana, que são mais largas. Além disso, há uma grande
faixa de areia entre a orla e o mar, com aproximadamente 80 m de extensão e a vegetação se
distribui de maneira esparsa.
(a) (b)
Figura 5 – Área de Estudo: Copacabana. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua
GOOGLE MAPS, 2018.
38
A terceira área de estudo fica no bairro de Ipanema, vizinho a Copacabana, próxima a
Praça Nossa Senhora da Paz (Figura 6). Algumas semelhanças com Copacabana podem ser
verificadas, como a largura média das vias (12 m) e a forma urbana ortogonal. Por outro lado,
o bairro de Ipanema possui edificações mais baixas (entre 5 e 12 pavimentos) e, apesar de
adensada, conta com consideráveis afastamentos laterais, aumentando a área livre. Ademais, a
faixa de areia é ligeiramente menor, com cerca de 50 m, e nota-se a presença significativa de
vegetação em algumas vias do bairro.
(a) (b)
Figura 6 – Área de Estudo: Ipanema. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua
GOOGLE MAPS, 2018.
METODOLOGIA DO ESTUDO
A metodologia deste estudo pode ser dividida em três etapas, onde a primeira
compreende a execução de simulações microclimáticas com o software ENVI-met, a segunda
a realização de medições meteorológicas in loco, e a última envolve o cálculo do índice de
conforto PET pelo software RayMan.
3.2.1 Simulações Microclimáticas com o ENVI-met
Inicialmente, foram feitas simulações microclimáticas das três áreas descritas no item
3.1 por meio do software ENVI-met (versão 3.1), utilizando-se como dados de entrada a
configuração urbana de cada local e as médias dos dados climáticos fornecidos pela estação
meteorológica do Forte de Copacabana para o verão de 2017 (INMET, s.d). Com isso,
39
buscou-se entender a influência da forma urbana sobre o microclima e identificar os locais
com maiores possibilidades de desconforto térmico.
O ENVI-met trabalha com um modelo tridimensional que simula o microclima urbano
e foi desenvolvido pelo geógrafo alemão Michael Bruse (BRUSE, 2009). Este modelo está
baseado nos princípios da mecânica dos fluídos, nas leis da termodinâmica, na fisiologia
vegetal e em ciências do solo e leva em consideração suas inter-relações (BRUSE, 2017).
Dessa forma, o programa calcula o balanço de energia por meio das variáveis: radiação,
reflexão, sombreamento de edifícios e vegetação, fluxo de ar, temperatura, umidade,
turbulência local e sua taxa de dissipação e trocas de água e calor dentro do solo. A Figura 7
apresenta uma esquematização desse modelo.
Figura 7 – Modelo do ENVI-met
BRUSE, 2009.
O modelo do ENVI-met é composto por células tridimensionais (grid cells) com
formato de cubo e de dimensões dx, dy e dz. Para iniciar a representação da área a ser
modelada, deve-se definir o tamanho do modelo, determinando a quantidade e o tamanho das
células. Para isso, considera-se o tamanho e a altura das edificações existentes na região de
estudo, e sua área (600m x 600m).
A escolha de células com grandes dimensões torna os resultados mais imprecisos, uma
vez que cada célula possuirá informações relativas ao solo, à vegetação e à edificação
existentes na região de estudo. Sendo assim, optou-se por células com dimensões 3,0m x 3,0m
x 3,0m para todos os modelos. Por conseguinte, o grid escolhido para cada área de estudo
neste trabalho foi de 200 x 200 x 30 (Figura 8).
40
Figura 8 – Dados para a criação do modelo, exemplo de Ipanema
A criação das células verticais (dz) pode ser feita de duas formas: equidistante, onde
todas as células terão a mesma dimensão (com exceção da primeira), e telescópica, onde o
valor de dz aumenta progressivamente com a altura17. A primeira forma foi utilizada nos
modelos de Ramos e Ipanema, enquanto, no caso de Copacabana, devido à existência de
edifícios muito altos, utilizou-se a forma telescópica.
Pelo fato de as células localizadas nas bordas do modelo não possuírem células
vizinhas, alguns problemas numéricos relacionados ao fluxo de vento e radiação podem
ocorrer. Dessa maneira, para evitar que as simulações tivessem problemas desse tipo, algumas
células bidimensionais (x,y), denominadas Nesting Grids, foram adicionadas.
O último passo da preparação do modelo das áreas envolve a definição do Norte de
cada área. Para facilitar o preenchimento das células, as áreas foram rotacionadas de modo
que os quarteirões ficassem paralelos às bordas do modelo. Os valores da rotação do Norte
para cada área de estudo foram: 40º para Ramos; 320º para Copacabana; e 0º para Ipanema.
A próxima etapa compreende o preenchimento das células com as informações
referentes à cobertura do solo, o tipo de vegetação e à altura das edificações. Para tal, foram
utilizadas imagens de satélite, de modo a simplificar esse processo (Figura 4a, Figura 5a e
Figura 6a).
Em relação aos dados de entrada para as edificações, cada célula deve ser preenchida
com a altura do edifício correspondente. Dessa forma, foi feita uma estimativa de altura de
cada prédio na região de estudo com base no número de pavimentos, considerando um pé
direito de 3 m.
17 Maiores detalhes sobre a criação das células verticais. IN: <http://www.envi-
met.info/documents/onlinehelpv3/hs790.htm> Acesso em 09/07/18.
41
Quanto aos dados de solo, o programa dispõe de uma base de dados com 20 tipos de
solo, cada um com características específicas, como condutividade hidráulica, térmica e
capacidade de campo18. Com auxílio das imagens de satélite e imagens do Google Maps
pôde-se observar o tipo de solo em cada área de estudo e selecionar a que mais se adequava a
cada local.
Assim como a base de dados de solo, a de vegetação também possui diversos tipos.
Existem 26 espécies com características particulares, como a densidade de área foliar e a
altura da espécie19. As espécies utilizadas nos modelos foram “sk” (árvore com 15m de altura,
densidade alta, com coroa definida) e “g” (grama com 50cm de altura, densidade média), pois
são as mais semelhantes com a vegetação dos bairros. A Figura 9 apresenta a modelagem
simplificada de uma das áreas a partir das imagens de satélite.
Além desses dados, ainda é possível adicionar receptores no modelo. Posicionados em
pontos específicos, o objetivo deles é fornecer informações mais detalhadas sobre a
atmosfera, as superfícies e o solo. Os resultados dos receptores foram utilizados
posteriormente como dados de entrada para o cálculo do PET (ver item 4.3).
Cabe ressaltar que os modelos feitos no ENVI-met são aproximações da realidade,
uma vez que as imagens de satélite que serviram como base para a modelagem não possuem
resolução suficiente para uma representação real das áreas. Além disso, essas imagens causam
o efeito de paralaxe, que cria uma ilusão visual de que as edificações estão inclinadas
(ROCHA, 2018).
Figura 9 – Modelagem feita a partir de uma imagem de satélite, exemplo de Ipanema
18 Maiores detalhes sobre as características de cada tipo de solo. IN: <http://www.envi-
met.info/documents/onlinehelpv3/hs310.htm> Acesso em 10/07/18. 19 Maiores detalhes sobre as características de cada espécie vegetal. IN: <http://www.envi-
met.info/documents/onlinehelpv3/hs330.htm> Acesso em 10/07/18.
42
Após a criação e preparação dos modelos, é necessário gerar um arquivo de
configuração com as condições iniciais das simulações e dados sobre os arquivos utilizados e
criados (Figura 10). Os parâmetros necessários são: nome da simulação, diretório do arquivo
de entrada do modelo, nome do arquivo de saída, diretório do arquivo de saída, data e hora de
início da simulação, duração da simulação, intervalo de tempo entre o armazenamento de
dados, velocidade e direção do vento, rugosidade da superfície, temperatura inicial do ar,
umidade específica a 2500m e umidade relativa a 2m20.
Figura 10 – Arquivo de configuração do ENVI-met, exemplo de Ipanema
Os parâmetros climáticos foram os valores médios de temperatura, umidade relativa,
velocidade e direção do vento do verão de 2017, fornecidos pela estação localizada no Forte
de Copacabana (INMET, s.d), e são: temperatura inicial do ar de 300,45 K; umidade relativa
de 73,1%; velocidade do vento de 2,6 m/s e direção do vento de 135º (Sudeste).
Além disso, considerou-se uma umidade específica de 9,8 gramas de água por
quilograma de ar e rugosidade de 0,1. Por fim, as simulações foram feitas a partir do dia
31/12/2016 às 6:00 e tiveram duração de 48 horas, com armazenamento de dados a cada 1
hora. Os resultados foram obtidos para o dia 01/01/2017 às 12h (13h, no horário de verão) e
serão apresentados no item 4.1 deste trabalho.
20 Maiores detalhes sobre os parâmetros do arquivo de configuração. IN: <http://www.envi-
met.info/documents/onlinehelpv3/hs60.htm> Acesso em 10/07/18.
43
3.2.2 Medições Meteorológicas in loco
As medições meteorológicas in loco foram realizadas com o objetivo de verificar a
veracidade das condições encontradas nas simulações. Para isso, após a análise dos resultados
do ENVI-met, foram selecionados 11 pontos ao longo do bairro de Copacabana. Inicialmente,
por apresentar as piores condições microclimáticas (ver item 4.1), as medições seriam feitas
em Ramos. No entanto, por questões de segurança, preferiu-se realiza-las em Copacabana.
As variáveis medidas, suas unidades e os equipamentos utilizados para tal se
encontram no Quadro 1.
Quadro 1 – Variáveis medidas in loco
Variável Unidade Equipamento
Temperatura do Ar °C Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350
Temperatura de Ponto de
Orvalho °C Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350
Temperatura de Bulbo
Úmido °C Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350
Umidade Relativa do Ar % Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350
Radiação Solar W/m² Medidor de energia solar modelo MES-100
As quatro primeiras variáveis foram medidas pelo Termo-higrômetro digital portátil
modelo HT-350 (Figura 11). As especificações do aparelho podem ser observadas na Tabela
4. O equipamento ficou apoiado sobre um tripé durante todo o tempo de medição, em uma
altura fixada em 1,20m (Figura 12 – Termo-higrômetro apoiado no tripé). Além disso, uma
chapa de madeira fina foi utilizada como proteção radiativa ao sensor (Figura 12), como
recomendado por Lamberts e Xavier (2008).
Tabela 4 – Especificações do Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350
Variável Faixa de Medição Precisão Resolução
Temperatura -30°C a 100°C ± 0,8°C 0,01°C
Temperatura de Ponto de Orvalho -30°C a 100°C ± 1,0°C 0,1°C
Temperatura de Bulbo Úmido 0ºC a 80ºC ± 1,0°C 0,1°C
Umidade Relativa 0 a 100% ± 5% 0,01%
INSTRUTHERM, 2015. Adaptado pelo Autor.
44
Figura 11 – Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350
Figura 12 – Termo-higrômetro apoiado no tripé
A radiação solar foi mensurada pelo medidor de energia solar modelo MES-100
(Figura 13). O aparelho possui escala de medição de 0 a 2000 W/m², resolução de 0,1 W/m² e
precisão de ± 10 W/m² ou 5%, o que for maior (INSTRUTHERM, 2009). As leituras foram
feitas estabilizando-se o equipamento sobre a chapa de madeira, apontando em direção ao Sol,
conforme informado no seu manual de instruções.
Figura 13 – Medidor de energia solar modelo MES-100
45
Uma planilha foi utilizada para o registro dos dados medidos e pode ser encontrada no
Apêndice 1. Nela, além das variáveis citadas anteriormente, ainda foram anotados o horário
da medição, o número e as coordenadas geográficas do local e observações acerca do
ambiente.
Os pontos onde as medições foram feitas estão indicados na Figura 14 e a ordem da
numeração representa o percurso feito. A pesquisa foi executada em um dia ensolarado e com
poucas nuvens, em 14 de agosto de 2018. A primeira leitura se deu ao meio dia (12:00),
depois de manter o termo-higrômetro estabilizando por 2 horas, conforme recomenda o
manual de instruções. As demais leituras se sucederam a cada 20 minutos, sendo
aproximadamente 5 minutos para a locomoção entre um ponto e outro e 15 minutos para nova
estabilização do equipamento e tomada dos dados.
Figura 14 – Pontos de medição em Copacabana
GOOGLE MAPS, 2018. Adaptado pelo Autor.
Para que os dados medidos em Copacabana pudessem ser comparados com os
encontrados na simulação do ENVI-met, foi necessário realizar uma equalização deles para o
dia 01 de janeiro de 2017 às 12h, data na qual foi feita a simulação. Nesse sentido, utilizou-se
os dados coletados por uma das estações meteorológicas pertencentes ao INMET, localizada
no Forte de Copacabana e próxima ao local das medições.
Para essa estação, o INMET divulga informações meteorológicas horárias em UTC,
que possui diferença de três horas em relação ao fuso brasileiro (duas no horário de verão).
46
Por isso, inicialmente, precisou-se corrigir o horário encontrado nos dados do INMET para o
horário local. A Equação 2 apresenta a correção feita.
𝐻𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑅𝐽 (ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑟ã𝑜) = 𝑈𝑇𝐶 − 2 (Eq. 2)
Adicionalmente, pelo fato de as medições terem sido feitas em horários fracionados,
assumiu-se um horário de referência para cada uma delas, a fim de poder compará-las com os
dados da estação do Forte de Copacabana. A Tabela 5 demonstra o horário da medição e o de
referência para cada ponto analisado.
Tabela 5 – Horário de referência para as medições
Ponto Horário da medição Horário de referência
1 12:00
12 2 12:20
3 12:40
4 13:00
13 5 13:20
6 13:40
7 14:10
14 8 14:30
9 14:50
10 15:10 15
11 15:30
Em um primeiro momento, fez-se a equalização dos dados para a data da simulação.
Para isso, além dos resultados das medições, coletaram-se os dados da estação do Forte de
Copacabana para as datas das medições e da simulação, ambas no horário de referência. A
relação entre essas variáveis pode ser observada na Equação 3.
𝑀01
𝐸01=
𝑀14
𝐸14
(Eq. 3)
Onde:
M01 é o dado equalizado para o dia 01/01/2017, no horário de referência;
E01 é o dado medido na estação do Forte no dia 01/01/2017, no horário de referência;
M14 é o dado medido em Copacabana no dia 14/08/2018;
E14 é o dado medido na estação do Forte no dia 14/08/2018, no horário de referência.
Em seguida, efetuou-se a equalização para o horário de simulação. Para tal, utilizou-se
a média dos dados da estação e os dados equalizados, ambos no dia 01 de janeiro de 2017, nos
horários de referência, e o dado medido pela estação no horário de referência equivalente ao
47
da simulação, ou seja, 12h. A Equação 4 mostra o cálculo feito para se obter os dados
equalizados. Os resultados serão apresentados no item 4.2 deste trabalho.
𝑀𝑒𝑞
𝐸ℎ,01=
𝑀01
𝐸𝑀,01
(Eq. 4)
Onde:
Meq é o dado equalizado para o dia 01/01/2017 às 12h;
Eh,01 é o dado medido na estação do Forte no dia 01/01/2017 às 12h;
M01 é o dado equalizado para o dia 01/01/2017, no horário de referência;
EM,01 é a média dos dados da estação no dia 01/01/2017, nos horários de referência.
3.2.3 Cálculo do PET com o RayMan
Por fim, utilizaram-se os dados climáticos obtidos em pontos específicos no modelo
computacional, informações geográficas do Rio de Janeiro e características humanas como
dados de entrada para o cálculo do índice PET no software RayMan Pro (versão 3.1 Beta),
com o objetivo de avaliar o conforto térmico em diferentes locais da cidade.
O RayMan Pro trabalha com um modelo de microescala que calcula os fluxos de
radiação em ambientes simples ou complexos, em datas, horários e locais específicos
(MATZARAKIS et al., 2007; 2010). Além do PET, ele ainda fornece os resultados para
outros índices de conforto e, também, para a órbita solar, radiação global, sombreamento,
entre outros.
Para realizar os cálculos, o programa necessita apenas de três parâmetros
microclimáticos: temperatura e umidade do ar e velocidade do vento. Além disso, ele é capaz
de determinar a temperatura radiante média com base na radiação global ou na nebulosidade.
No entanto, o RayMan permite a utilização de outros dados de entrada21, entre eles a
temperatura superficial, a radiação global, a pressão de vapor e a própria temperatura radiante
média.
O programa também considera dados individuais, tais como a altura, o peso, o sexo, a
idade, a vestimenta, a atividade e a posição do indivíduo, e geográficos, como a latitude, a
longitude, a altitude e o fuso horário. Ainda, é possível inserir informações acerca da
topografia do terreno, dos obstáculos (edifícios e vegetação) e do fator de visão do céu. A
Figura 15 apresenta a tela inicial do programa com seus principais parâmetros de entrada.
21 Maiores detalhes sobre os dados de entrada. IN: FRÖHLICH, D.; MATZARAKIS, A. RayMan Pro: A tool
foi Applied Climatology. 2018.
48
Figura 15 – Tela inicial do RayMan com os parâmetros fixos utilizados
Neste trabalho, os dados de entrada utilizados no RayMan foram aqueles obtidos para
os receptores nas simulações do ENVI-met. A Figura 16 apresenta suas posições
aproximadas. Cada receptor forneceu as seguintes informações: temperatura do ar, umidade
relativa, velocidade do vento, temperatura superficial e temperatura radiante média. No
Apêndice 2, encontra-se uma tabela com os valores dessas variáveis para cada receptor. Além
disso, considerou-se a mesma data e horário das simulações para o cálculo do PET. A Tabela
6 apresenta os parâmetros fixos para todos os cálculos. Os resultados do PET serão
apresentados no item 4.3 deste trabalho.
Tabela 6 – Parâmetros de Entrada do RayMan
Data 01/01/2017
Horário 12:00
Latitude geográfica (°E) -43°16’
Longitude geográfica (°N) -22°54’
Altitude do local (m) 0
Fuso horário (UTC + h) -3.0
Altura do indivíduo (m) 1,75
Peso do indivíduo (kg) 75,0
Idade do indivíduo 35
Sexo do indivíduo Masculino
Vestimenta (clo) 0,6
49
Atividade (W) 200
Posição Em pé
(a) (b)
(c)
Figura 16 – Localização aproximada dos receptores: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
GOOGLE MAPS, 2018. Adaptado pelo Autor.
50
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES
Assim como o item anterior, a apresentação dos resultados também foi dividida em
três subtópicos, sendo o primeiro referente às simulações com o ENVI-met, seguido pelos
resultados das medições no bairro de Copacabana e dos cálculos do índice PET pelo RayMan.
SIMULAÇÕES MICROCLIMÁTICAS COM O ENVI-MET
A partir das simulações dos modelos no ENVI-met, obtiveram-se mapas para os
seguintes parâmetros: temperatura do ar; velocidade do vento; umidade; fator de visão do céu;
radiação direta; radiação difusa; temperatura radiante média; e temperatura superficial.
Conforme descrito no item 3.2.1, os resultados dizem respeito ao dia 01/01/2017 às 12h (13h,
no horário de verão). Além disso, todos eles foram obtidos na altura do pedestre (z = 1,20 m),
com exceção da Temperatura Superficial (Figura 24), que foi obtida para z = 0 m.
A Figura 17 ilustra as variações da temperatura do ar verificadas nos bairros
estudados. Pode-se perceber que as piores condições foram encontradas no bairro de Ramos e,
as melhores, no bairro de Ipanema, com diferenças de aproximadamente 3K. O bairro de
Copacabana se mostrou ligeiramente menos quente que o primeiro e mais quente que o
último.
(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
51
(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
Figura 17 – Temperatura do Ar: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
Em Ramos, acredita-se que as estreitas vias do bairro e o elevado número de
edificações sem espaçamento e com gabaritos semelhantes possa ter contribuído para as
temperaturas mais elevadas. Esses aspectos dificultam a penetração dos ventos nas vias
internas do bairro, como se observa na Figura 18. Situação oposta é encontrada em Ipanema,
onde as vias mais largas e a configuração urbana com edifícios mais baixos e espaçados
favorecem a ventilação e justificam sua menor temperatura.
(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
52
(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
Figura 18 – Velocidade do Vento: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
Além desses fatores, a permeabilidade dos ventos também pode ter sofrido influência
da orientação e do posicionamento das ruas. Esse efeito é mais notável em Copacabana, onde
as ruas perpendiculares a orla são praticamente paralelas à direção do vento, provocando sua
canalização. As consequências disso, no que diz respeito a temperatura do ar, parecem ser
negativas. Supõe-se que, devido às altas temperaturas da orla, o vento que adentra no bairro
possui a mesma característica, acarretando no aumento da temperatura. Por outro lado, as vias
transversais a essas apresentaram níveis de ventilação muito reduzidos.
Constatou-se, também, que a maior permeabilidade dos ventos ajuda a reduzir a
umidade relativa do ar (Figura 19). Os índices de umidade em Copacabana e Ipanema se
mostraram relativamente semelhantes, sendo ligeiramente menores para o primeiro. Essa
diferença pode ser explicada pela maior velocidade dos ventos em algumas de suas vias e pela
menor presença de vegetação. Além disso, notou-se uma alta umidade nas praças dos dois
bairros, possivelmente gerada pela maior quantidade de árvores. Por outro lado, Ramos
obteve as maiores porcentagens, possivelmente pela menor penetração do vento.
53
(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
Figura 19 – Umidade Relativa: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
O fator de visão do céu (FVC) representa a quantidade de céu visível em um
determinado ponto (ver item 2.2.1). A Figura 20 apresenta esse parâmetro considerando as
edificações e a vegetação dos bairros. Devido a presença de prédios altos e a arborização das
vias, Ipanema apresentou os menores valores para o FVC. Já em Copacabana, apesar dos
edifícios mais altos, o FVC é um pouco maior pelo fato de possuir menos área vegetada. Por
fim, o maior FVC foi observado em Ramos, onde as edificações são baixas e as vias contam
com pouca arborização.
54
(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
Figura 20 – Fator de Visão do Céu: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
Os resultados do FVC podem ser relacionados com os da radiação direta e difusa
(Figura 21 e Figura 22, respectivamente). Percebe-se que a incidência de radiação direta fica
entre 935 W/m² e 940 W/m² em todos os pontos dos bairros, com exceção daqueles
protegidos pela vegetação, onde não há incidência direta. Além disso, notou-se que, para essa
época do ano e nesse horário, não há qualquer sombreamento proporcionado pelas
edificações, uma vez que o ângulo de incidência solar é próximo de 90°.
55
(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
Figura 21 – Radiação Direta: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
Por outro lado, a Figura 22 demonstra que a radiação difusa é menor nos locais com
menor FVC. Como os raios dispersos pela atmosfera chegam à superfície terrestre em ângulos
variados, os edifícios mais altos atuam como um anteparo, protegendo as vias do interior do
bairro. Por possuir casas de menor altura, a incidência de radiação difusa sobre o bairro de
Ramos foi maior que nos outros dois bairros, sendo essa uma das razões para as temperaturas
mais elevadas.
56
(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
Figura 22 – Radiação Difusa: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
Outros dois resultados relevantes para o microclima nesses bairros também foram
analisados: a temperatura radiante média (Figura 23) e a temperatura superficial (Figura 24).
Em relação ao primeiro, observa-se que nos bairros de Copacabana e Ipanema houve maior
variação, com picos de temperatura nas áreas entre as edificações. Tal fato se deve,
possivelmente, pelas múltiplas reflexões da radiação nos prédios. Entretanto, devido ao
sombreamento, os pontos situados sob a vegetação apresentaram menores valores.
57
(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)
Figura 23 – Temperatura Radiante Média: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
Assim como a temperatura radiante média, a temperatura superficial também foi
atenuada nos locais protegidos pela vegetação. Ressalta-se, ainda, que as regiões asfaltadas e
mais expostas à radiação, como na orla de Copacabana e Ipanema, foram as mais quentes.
Ademais, as áreas pavimentadas podem ter influenciado na redução da umidade.
58
(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 0 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 0 m)
(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 0 m)
Figura 24 – Temperatura Superficial: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
Por fim, a Figura 25 ilustra as três configurações urbanas analisadas e suas
volumetrias. É possível observar as diferentes características de cada bairro, como os baixos
gabaritos das casas e as estreitas vias do bairro de Ramos, a barreira de edifícios em
Copacabana e o espaçamento entre as edificações em Ipanema.
Por meio da análise comparativa dos resultados, nota-se que, para as mesmas
condições climáticas, configurações urbanas com diferentes volumetrias das edificações,
orientações e dimensões das vias e quarteirões e a quantidade de vegetação podem provocar
variações significativas no microclima local. A fim de melhorar as condições microclimáticas
em regiões de clima tropical, a configuração dos espaços urbanos deve visar a ampliação da
ventilação e a proteção contra a radiação.
59
A compactação excessiva e a ausência de espaçamento entre as edificações nos bairros
de Copacabana e Ramos foram os principais fatores para o aumento da temperatura nesses
bairros. Em relação ao último, a ausência de arborização intensificou ainda mais esse efeito.
Em contrapartida, os resultados de Ipanema sugerem que um certo grau de adensamento
urbano pode favorecer o sombreamento nas cidades, desde que esteja aliado a uma maior
porosidade dos espaços, com alternância de gabaritos e afastamento entre as edificações, e a
boa distribuição da vegetação.
Por fim, destaca-se que o uso do ENVI-met permitiu a análise de diversos parâmetros
microclimáticos relevantes para o bem-estar e satisfação dos habitantes de uma cidade. O uso
de ferramentas computacionais como essa pode auxiliar na tomada de decisões no que diz
respeito às alterações dos espaços urbanos.
(a) Ramos
(b) Copacabana
60
(c) Ipanema
Figura 25 – Modelos em três dimensões: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema
MEDIÇÕES METEOROLÓGICAS IN LOCO
Como explicado no item 3.2.2, os dados de temperatura e umidade medidos em
Copacabana ao longo do dia 14 de agosto de 2018 precisaram ser equalizados para que fosse
possível compará-los com os resultados da simulação do ENVI-met, feita para o dia 01 de
janeiro de 2017 às 12h. A Figura 26 apresenta os pontos de medição em Copacabana e a
Tabela 7 os valores de temperatura e umidade equalizados. Tabelas mais detalhadas podem
ser encontradas no Apêndice 3.
Figura 26 – Pontos de medição em Copacabana
GOOGLE MAPS, 2018. Adaptado pelo Autor.
61
Tabela 7 – Temperatura e Umidade equalizadas
Ponto Temperatura Equalizada para
o dia 01/01/17 às 12h (°C)
Umidade Equalizada para
o dia 01/01/17 às 12h (%)
1 28,0 63,8
2 29,8 61,0
3 28,3 63,3
4 32,9 57,8
5 32,5 58,0
6 36,8 49,7
7 31,5 62,3
8 30,4 65,1
9 29,8 66,8
10 32,5 60,0
11 30,7 63,9
Percebe-se que o Ponto 6, localizado na esquina da Rua Santa Clara com a Rua
Domingos Ferreira, foi o que apresentou a maior temperatura e a menor umidade após a
equalização dos dados. Esse resultado está de acordo com a simulação do ENVI-met (Figura
17a e Figura 17b) e reforça a hipótese de que, nesse local, o vento contribui para o aumento
da temperatura e redução da umidade.
Além disso, o Ponto 1, situado na Praça Serzedelo Corrêa, obteve as menores
temperaturas, o que também confirma o resultado das simulações (Figura 17b). Acredita-se
que a presença da vegetação nessa região colabore com a redução da temperatura ao diminuir
a incidência direta da radiação sobre as superfícies ao seu redor.
No entanto, os valores da temperatura equalizados e sua variação foram, de maneira
geral, maiores do que os encontrados no modelo computacional, o que sugere que o ENVI-
met tende a subestimar as temperaturas máximas e suas variações. Essa constatação está de
acordo com as verificações de Emmanuel, Rosenlund e Johansson (2007).
Em relação a umidade, com exceção do Ponto 6, todos os pontos oscilaram entre
57,8% e 66,8%, o que está próximo das porcentagens verificadas na simulação. Por outro
lado, a umidade da Praça Serzedelo Corrêa obtida na simulação se mostrou muito maior do
que a equalizada (Figura 19b). Tal fato pode ter sido causado por um equívoco na modelagem
da área, ao considerar mais vegetação do que de fato existe.
Conclui-se, portanto, que o ENVI-met pode ser extremamente eficiente na previsão
das condições microclimáticas de uma determinada área. Entretanto, é necessário que se
atente à preparação do modelo computacional, o qual deve ser o mais fiel possível à realidade.
Além disso, sua associação às medições in loco pode auxiliar na compreensão dos resultados.
62
CÁLCULO DO PET COM O RAYMAN
A Tabela 8 apresenta os resultados calculados pelo RayMan para o índice PET. Uma
tabela com os parâmetros de entrada pode ser encontrada no Apêndice 2. Observa-se que o
bairro de Ipanema apresentou a menor média do índice (39,5°C), enquanto Copacabana
apresentou a maior (43,1°C). A média em Ramos foi de 42,3°C.
Tabela 8 – Índice PET para os três bairros estudados
BAIRRO RECEPTOR PET (°C)
COPACABANA C1 43,0
COPACABANA C2 45,4
COPACABANA C3 47,1
COPACABANA C4 37,0
MÉDIAS COPACABANA 43,1
IPANEMA I1 45,5
IPANEMA I2 42,0
IPANEMA I3 29,0
IPANEMA I4 41,3
MÉDIAS IPANEMA 39,5
RAMOS R1 41,9
RAMOS R2 40,1
RAMOS R3 41,1
RAMOS R4 45,9
MÉDIAS RAMOS 42,3
Em um primeiro momento, deve-se mencionar que a variação da temperatura do ar
entre todos os receptores foi de menos de 1°C, sendo pouco significativa para a variação do
PET. Em contrapartida, percebeu-se que as alterações na velocidade do vento e na
temperatura radiante média tiveram maior importância.
O maior valor do PET foi verificado em Copacabana, na Praça Serzedelo Corrêa (C3).
Apesar da praça ser amplamente arborizada, esse receptor ficou em um ponto exposto
diretamente ao Sol. Ainda que a temperatura do ar tenha sido ligeiramente menor que em
outros pontos do bairro, acredita-se que a alta umidade e temperatura radiante média e a baixa
velocidade do vento expliquem esse valor. Ainda, é possível que a vegetação tenha bloqueado
a passagem do vento nessa região, fortalecendo a suposição de que ela pode ter efeitos
negativos sobre o conforto térmico de um espaço.
Por outro lado, a melhor condição do bairro foi encontrada na região que apresentou a
maior velocidade do vento (C4). Além disso, a temperatura do ar aproximadamente 0,5°C
63
mais baixa que a dos receptores C1 e C2 pode ser consequência da proximidade com a
vegetação da Praça e um dos fatores pelo qual esse ponto apresentou o menor PET.
O ponto que apresentou o menor PET fica no bairro de Ipanema, na esquina das ruas
Maria Quitéria e Prudente de Morais (I3). Supõe-se que a boa distribuição da vegetação foi
capaz de proporcionar sombreamento de maneira efetiva e reduzir consideravelmente a
temperatura radiante média. Além disso, o fato de haver ventilação colaborou com a redução
do PET nesse ponto.
O ponto mais crítico de Ipanema foi na esquina das ruas Visconde de Pirajá e Aníbal
de Mendonça (I1). Acredita-se que, por se tratar de uma das áreas menos arborizadas do
bairro, esse ponto apresentou a maior temperatura radiante média e, consequentemente, o
maior PET.
Em Ramos, notou-se que a variação da temperatura radiante média e do PET foi
menor do que em outros bairros. O maior PET foi encontrado para o receptor R4, situado no
cruzamento de duas vias do bairro, onde há pouca ventilação. Já o menor índice foi verificado
para o receptor R2, próximo à Baía de Guanabara, onde a velocidade do vento é maior.
Em suma, ao comparar os índices calculados para os bairros de Ramos, Copacabana e
Ipanema com aqueles calibrados para Belo Horizonte, São Paulo e Salvador (Tabela 3),
observa-se que, de maneira geral, a sensação é de calor ou muito calor. Isso se deve ao fato de
que, no verão, devido ao alto ângulo de incidência solar, o sombreamento proporcionado
pelas edificações é reduzido, ocasionando o aumento das temperaturas do ar e radiante média.
Além disso, as configurações urbanas mais adensadas tendem demonstrar menores
velocidades do vento, contribuindo para o desconforto. Os resultados do índice PET reforçam
a importância das estratégias que visem melhorar a ventilação e o sombreamento e,
consequentemente, o conforto térmico em espaços urbanos, principalmente em regiões
tropicais.
64
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
As adaptações nas cidades, exigidas pelo crescimento da população urbana e pelas
mudanças climáticas, representam um dos grandes desafios para a sociedade atualmente. A
proposição de soluções eficientes requer o conhecimento das particularidades de cada cidade,
da relação entre o espaço construído com o natural e de que maneira esses fatores afetam o
bem-estar dos indivíduos.
Nesse trabalho, buscou-se entender essas interações e seus efeitos em bairros com
diferentes configurações urbanas: Ramos, Copacabana e Ipanema, na cidade do Rio de
Janeiro. O uso do ENVI-met permitiu uma análise microclimática mais ampla, uma vez que
forneceu resultados para diversos parâmetros. Além disso, as medições in loco validaram,
com boa precisão, as simulações feitas pelo programa. Todavia, os resultados obtidos nas
simulações foram para uma data específica e se basearam nas médias meteorológicas do
verão, representando, de maneira geral, as condições nessa época do ano.
Os resultados desse estudo estão em conformidade com os encontrados na bibliografia
e reforçam a importância da ventilação e do sombreamento nos espaços urbanos,
principalmente em regiões de clima tropical.
Em relação a ventilação, verificou-se que a melhor situação é encontrada quando há
espaçamento entre os edifícios e alternância de seus gabaritos, como no caso de Ipanema. Por
outro lado, a existência de edificações sem afastamento e com altura constante, ainda que
baixa, é capaz de influenciar negativamente a circulação de ar. Além disso, notou-se que a
orientação e a dimensão das vias também são capazes de alterar o regime dos ventos.
A ocupação urbana é caracterizada pela substituição do solo natural e da vegetação por
pavimentos impermeáveis e grandes edifícios, o que aumenta a retenção de calor. Somado a
isso, a incidência solar sobre essas superfícies aumenta ainda mais a temperatura em zonas
urbanas, sendo um dos principais fatores para a piora do microclima. Para atenuar esse efeito,
é fundamental que o ambiente disponha de proteção contra a radiação. Dessa forma, o
sombreamento no ambiente urbano pode ser feito por meio dos próprios prédios e, também,
pela vegetação.
Observou-se que, durante o verão no Rio de Janeiro, os ângulos solares são muito
elevados, limitando o sombreamento proporcionado pelas edificações. Ainda, o adensamento
excessivo pode dificultar a penetração dos ventos. A associação da alta radiação solar com a
baixa velocidade dos ventos pode resultar na formação de ilhas de calor, a qual possui, entre
65
as suas consequências, o maior gasto energético com sistemas de refrigeração, a poluição do
ar e o desconforto térmico (BARBOSA, ROSSI, DRACH, 2014).
No que diz respeito a vegetação, percebeu-se que sua presença no meio urbano é capaz
de beneficiar o microclima. Além disso, os pontos sob as árvores ou próximos a áreas mais
vegetadas foram os que apresentaram melhores índices de conforto térmico, possivelmente
devido a redução da radiação solar e da temperatura radiante média. No entanto, sua
distribuição deve ser feita após estudos mais aprofundados, uma vez que os efeitos sobre a
ventilação podem ser negativos.
Os resultados das simulações ainda foram utilizados como dados de entrada para o
cálculo do PET. Nessa etapa, constatou-se, que, durante o verão, a sensação térmica de calor
ou muito calor predomina em todos os bairros. Dessa forma, as estratégias acima
mencionadas ganham ainda mais importância.
O estudo da relação entre a forma urbana e o microclima em espaços urbanos se
mostrou de extrema complexidade e a análise dos resultados para uma data e uma estação
específicas não é suficiente para o seu completo entendimento. Sendo assim, para trabalhos
futuros, recomenda-se a realização de simulações e medições in loco em outros bairros e,
também, em mais datas e em outras épocas do ano. Também é interessante a execução das
medições nos pontos onde estiverem posicionados os receptores. Além disso, a aplicação de
questionários para a avaliação da percepção térmica dos pedestres auxiliaria na compreensão
das variáveis psicológicas do conforto térmico.
66
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XIMENES, N. L. B. Morfologia Urbana: teorias e suas inter-relações. Dissertação
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71
APÊNDICE 1 – DADOS DAS MEDIÇÕES
Tabela A1.1 – Dados medidos em Copacabana
Ponto Hora Coordenadas Temperatura
(°C)
Umidade
Relativa (%)
Ponto de
Orvalho
(°C)
Temp. Bulbo
Úmido (°C)
Radiação
Solar
(W/m²)
Observações
1 12:00 22º 58' 09'' S 43º 11' 03'' O 21,9 74,1 16,9 18,9 223,3 Praça; Sombra de
árvore
2 12:20 22º 58' 13'' S 43º 11' 10'' O 23,3 70,9 16,9 19,1 48,6 Sombra de prédio
3 12:40 22º 58' 17'' S 43º 11' 14'' O 22,1 73,6 17,2 18,8 22,9 Sombra de prédio
4 13:00 22º 58' 20'' S 43º 11' 18'' O 23,0 72,2 17,6 19,5 138,9 Sombra de árvore
5 13:20 22º 58' 24'' S 43º 11' 13'' O 22,7 72,4 17,3 19,2 25,0 Sombra de prédio
e de árvore
6 13:40 22º 58' 24'' S 43º 11' 08'' O 25,7 62,1 17,7 20,3 880,2 Sol
7 14:10 22º 58' 16'' S 43º 11' 07'' O 22,9 69,3 16,9 19,0 48,4 Sombra de árvore
8 14:30 22º 58' 13'' S 43º 11' 04'' O 22,1 72,5 16,8 18,7 8,6 Sombra de prédio
e de árvore
9 14:50 22º 58' 14'' S 43º 10' 60'' O 21,7 74,4 16,9 18,7 18,5 Orla; Sombra de
prédio
10 15:10 22º 58' 18'' S 43º 11' 05'' O 24,0 66,3 17,3 19,6 874,2 Orla; Sol
11 15:30 22º 58' 21'' S 43º 11' 07'' O 22,7 70,6 16,8 19,1 853,1 Orla; Sol
72
APÊNDICE 2 – DADOS DOS RECEPTORES E PET
Tabela A2.1 – Dados dos Receptores e índice PET
BAIRRO RECEPTOR Tar (°C) U.R (%) Vel. Vento
(m/s) Tsup (°C)
Tmrt
(°C) PET (°C)
COPACABANA C1 28,94 66,03 1,03 42,77 60,60 43,0
COPACABANA C2 29,04 65,03 0,27 53,98 58,85 45,4
COPACABANA C3 28,56 71,43 0,11 39,00 58,68 47,1
COPACABANA C4 28,57 64,49 1,97 44,36 54,60 37,0
MÉDIAS COPACABANA 28,78 66,75 0,85 45,03 58,18 43,1
IPANEMA I1 28,15 65,41 0,50 44,44 61,94 45,5
IPANEMA I2 28,47 67,94 1,12 42,20 59,98 42,0
IPANEMA I3 28,22 68,57 0,89 30,90 32,78 29,0
IPANEMA I4 28,98 67,74 0,39 45,10 52,75 41,3
MÉDIAS IPANEMA 28,46 67,42 0,73 40,66 51,86 39,5
RAMOS R1 29,08 65,17 1,03 41,23 58,16 41,9
RAMOS R2 28,50 66,47 1,25 37,92 57,59 40,1
RAMOS R3 28,96 67,72 0,96 45,40 56,91 41,1
RAMOS R4 28,49 69,84 0,23 48,51 58,66 45,9
MÉDIAS RAMOS 28,76 67,30 0,87 43,27 57,83 42,3
73
APÊNDICE 3 – CÁLCULOS DE EQUALIZAÇÃO DOS DADOS MEDIDOS
Tabela A3.1 – Cálculo de Equalização da Temperatura
Ponto Hora da
Medição
Hora de
Referência
Temperatura
Medida em
Copacabana
no dia
14/08/18 (°C)
Temperatura
na Estação
no dia
14/08/18 (°C)
Temperatura
na Estação
no dia
01/01/17 (°C)
Temperatura
Equalizada
para o dia
01/01/17 (°C)
Temperatura
Média na
Estação no dia
01/01/17 (°C)
Temperatura
Equalizada
para o dia
01/01/17 às
12h (°C)
1 12:00
12
21,9
24,6 32,5
28,9
33,5
28,0
2 12:20 23,3 30,8 29,8
3 12:40 22,1 29,2 28,3
4 13:00
13
23,0
23,9 35,3
34,0 32,9
5 13:20 22,7 33,5 32,5
6 13:40 25,7 38,0 36,8
7 14:10
14
22,9
24,4 34,6
32,5 31,5
8 14:30 22,1 31,3 30,4
9 14:50 21,7 30,8 29,8
10 15:10 15
24,0 22,7 31,7
33,5 32,5
11 15:30 22,7 31,7 30,7
74
Tabela A3.1 – Cálculo de Equalização da Umidade
Ponto Hora da
Medição
Hora de
Referência
Umidade
Medida em
Copacabana
no dia
14/08/18 (%)
Umidade na
Estação no
dia 14/08/18
(%)
Umidade na
Estação no
dia 01/01/17
(%)
Umidade
Equalizada
para o dia
01/01/17 (%)
Umidade
Média na
Estação no dia
01/01/17 (%)
Umidade
Equalizada
para o dia
01/01/17 às
12h (%)
1 12:00
12
74,1
68 58
63,2
57,5
63,8
2 12:20 70,9 60,5 61,0
3 12:40 73,6 62,8 63,3
4 13:00
13
72,2
68 54
57,3 57,8
5 13:20 72,4 57,5 58,0
6 13:40 62,1 49,3 49,7
7 14:10
14
69,3
64 57
61,7 62,3
8 14:30 72,5 64,6 65,1
9 14:50 74,4 66,3 66,8
10 15:10 15
66,3 68 61
59,5 60,0
11 15:30 70,6 63,3 63,9